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植物激素乙烯参与了植物从萌发到衰老的很多生理过程,以及对生物和非生物逆境的应答。乙烯通过乙烯受体起作用,因此乙烯受体在乙烯信号传递过程中起至关重要的作用。
本研究以烟草乙烯受体NTHK1和NtETR1为研究对象,阐明了乙烯受体各结构域的生物学功能及其激酶活性的生物学意义;同时探讨了拟南芥ETR1在调控叶绿体发育过程中的作用及分子机理。
对NTHK1的HIS结构域和N-box结构域多位点突变后的激酶活性分析表明,HIS结构域对NTHK1的激酶活性影响不大,而N-box是其激酶活性所必需的。分别在拟南芥中过量表达NTHK1激酶结构域的各种突变形式及截短形式,转基因植株表型分析显示NTHK1的激酶活性是叶片细胞增大、对盐胁迫的反应和乙烯特征三重反应所必需的。下游基因分析表明,NTHK1的激酶活性调控了盐胁迫应答及乙烯反应途径中一些标记基因的表达。
对NTETR1进行了生化特性分析,NTETR1是一个典型的组氨酸激酶,在Mn2+存在下有强的激酶活性,在Ca2+和Mg2+存在时没有检测到激酶活性。其激酶活性不需要GAF结构域的参与,并且其自身磷酸化是分子内的而不是分子间的。过量表达NtETR1的转基因拟南芥的表型与野生型没有明显差异。与过量表达NTHK1的拟南芥植株比较说明,不同植物的乙烯受体的功能可能强弱不同。在原生质体中,NtETR1的gain-of-function突变形式Ntetr1-1有强烈的乙烯不敏感特征,因此,我们突变了一些保守的位点以研究各个结构域的功能,发现GAF结构域的后半段和HIS位点对NTETR1的功能有抑制作用。
此外还研究了拟南芥乙烯受体突变体的叶绿体发育,发现ETR1参与了叶绿体的发育,而其他4个乙烯受体不参与;并且己知的乙烯信号转导下游组分也不参与叶绿体的发育;植物体内的乙烯浓度变化不影响叶绿体的发育。说明ETR1对叶绿体发育的调控途径可能与乙烯无关,对其调控的下游基因作了初步分析。