拟南芥RCD1和STO基因在UV-B信号转导中的功能

摘要

UV-B辐射作为一种重要的外界信号调控植物的光形态建成，影响植物的生长、发育和代谢，然而对于UV-B信号转导途径的了解却非常有限。为了进一步阐明植物UV-B信号途径，我们研究了RCDl和STO基因在UV-B信号转导中的功能。拟南芥rcdl-1突变体在UV-B辐射处理后DNA损伤量比野生型少，而紫外吸收化合物的积累量比野生型多。此外，rcdl-1叶片中与光修复有关的基因PHR1表达量比野生型高。这些结果表明rcdl-1突变体对UV-B辐射具有一定的耐受性。进一步的研究发现rcdl-1突变体在UV-B辐射环境中下胚轴比野生型短，表明rcdl-1对UV-B辐射的响应比野生型强。UV-B辐射处理后，COP1介导的UV-B响应基因（如：CHS，ELIP，GPX7等）的表达量均比野生型高，但UVR8介导的，HY5不依赖的UV-B响应基因（如：WRKY）的表达量和野生型无显著差别。这一结果表明，RCDl可能参与COPl调控的UV-B信号转导过程。然而RCDl基因却不受UV-B辐射调控。
　　 已有研究发现，RCDl蛋白在体外与STO蛋白相互作用。本研究发现，STO基因的转录和翻译均受到UV-B辐射调控，STO基因的表达受到UV-B辐射的快速调控，在1 h时就达到最高；其蛋白的表达量则在UV-B处理4 h后显著增加。为了进一步阐明STO基因在UV-B信号中的功能，我们构建了35S-STO超表达植株。sto突变体在UV-B辐射环境中下胚轴比野生型短，花色素苷积累量比野生型高；而35S-STO超表达植株下胚轴比野生型长，花色素苷积累量比野生型低。这表明STO基因是UV-B信号转导中的负调控因子。免疫共沉淀结果发现，STO蛋白与COPl蛋白在体内的相互作用具有UV-B依赖性。sto突变体和35S-STO超表达植株能抑制copl-4突变体在UV-B辐射下短下胚轴和低花色素苷积累量的表型，表明STO在UV-B信号中处于COPl的下游。免疫共沉淀结果同样表明STO可以和HY5相互作用。UV-B辐射下，35S-STO的长下胚轴表型不依赖与hy5-215；而hy5-215 sto双突变体的表型与野生型相似，表明STO和HY5在UV-B信号中的功能具有拮抗作用。STO抑制UV-B辐射诱导的HY5蛋白的积累，体内转录激活实验也证明STO是UV-B诱导HY5转录激活活性的负调控因子。虽然已有的研究表明STO是光信号中的负调控因子，但我们的结果表明.STO在UV-B信号中的功能不受已知的光受体调控，因为sto突变体在UV-B辐射下短下胚轴的表型不能被光受体突变体phyAphyB，phot1phot2和cry1cry2抑制。
　　 此外，sto突变体还有一些UV-B特异性表型。sto在UV-B环境中主根的长度明显比野生型短，而在其他光下却无明显差异。sto根成熟区细胞长度短于野生型，表明STO基因是UV-B抑制根细胞生长的负调控因子。但STO基因却是UV-B诱导叶绿素降解中的正调控因子。sto突变体在UV-B辐射下叶绿素含量比野生型高，35S-STO超表达植株则比野生型低。在其他光下它们之间的叶绿素含量无显著差别。
　　 对rcdl-1和sto突变体的遗传鉴定发现，UV-B辐射条件下它们的下胚轴长度相似，而35S-STO可以抑制rcdl-1突变体的表型，表明STO在UV-B信号转导中位于RCDl的下游。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1．1 植物对UV—B辐射的响应

1．2 UV—B辐射诱导的光形态建成反应及信号通路

1．2．1 UV—B辐射诱导光形态建成信号途径的生物化学研究

1．2．2 UV—B辐射诱导光形态建成信号途径的遗传学研究

1．2．3 HY5和COP1是UV—B信号通路中的正调节因子

1．2．4 UV—B信号特异性调节因子UVR8

2 拟南芥rcd1—1突变体中UV—B响应基因的表达差异

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 实验结果

2．2．1 拟南芥rcd1—1突变体对UV—B辐射有耐受性

2．2．2 UV—B处理后rcd1—1突变体中光修复能力高于“暗修复”

2．2．3 rcd1—1突变体中UV—B诱导的COP1调节的基因表达量增加

2．2．4 RCD1基因的表达不受UV—B辐射影响

2．3 讨论

3 拟南芥STO基因参与UV—B信号转导的功能研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验办法

3．2 实验结果

3．2．1 pBEGFP—STO表达载体的构建及拟南芥过表达株系的获得

3．2．2 STO基因参与UV—B抑制下胚轴伸长和花色素苷积累的响应

3．2．3 STO转录和翻译均受UV—B辐射调控

3．2．4 UV—B诱导的CHS和HY5基因表达受STO调控

3．2．5 STO蛋白在体外与UVR8蛋白不发生相互作用

3．2．6 STO蛋白与COP1蛋白在体内相互作用具有UV—B依赖性

3．2．7 UV—B辐射下35S—STO和sto抑制cop1—4的表型

3．2．8 STO蛋白和HY5蛋白在体内相互作用

3．2．9 UV—B辐射下35S—STO的表型不依赖于hy5—215而hy5—215可抑制sto的表型

3．2．10 STO抑UV—B辐射诱导HY5蛋白积累及其转录活性

3．2．11 UV—B辐射下sto短下胚轴的表型不依赖于已知的光受体

3．2．12 STO基因影响拟南芥UV—B辐射下主根的伸长

3．2．13 STO基因参与UV—B辐射抑制根和下胚轴细胞伸长过程

3．2．14 STO基因影响UV—B辐射诱导的叶绿素合成

3．2．15 UV—B辐射下35S—STO抑制rcd1—1的表型

3．3 讨论

3．3．1 STO在UV—B信号中的功能独立于已知的光受体

3．3．2 UV—B信号中STO与COP1、HY5的功能关系

3．3．3 STO参与UV—B抑制细胞伸长与HFR1基因有关

3．3．4 STO是UV—B抑制叶绿素合成的正调控因子

3．3．5 UV—B信号中STO位于RCD1的下游

4 结论

参考文献

缩略词表

攻读博士学位期间已发表和待发表的论文

致谢