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动物中的研究表明，血红素加氧酶(heme oxygenase，HO，EC1.14.99.3)可将血红素降解为胆绿素(BV)，伴随着一氧化碳(CO)和亚铁离子(Fe2+)的产生，是一种重要的信号分子，参与并调节多种代谢途径.最近的研究发现，HO在植物中也发挥着重要作用，它不仅具有抗氧化作用，还参与植物侧根、不定根发生和光敏色素合成等。
本实验室先前的研究表明生长素能够快速诱导HO活性的上升及HO反应产物一氧化碳(CO)的释放，从而诱发一系列下游信号事件诱导黄瓜不定根发生。本研究克隆了黄瓜(Cucumis sativus L.)血红素加氧酶-1基因(CsHO1)，它含有4个外显子和3个内含子，编码一个含291个氨基酸的蛋白，并预测该蛋白分子量约为33.3 KDa，且其N-末端含有一段长为65个氨基酸残基的信号肽序列。去除信号肽后的成熟CsHO1(mCsHO1)分子量约为26.1 KDa。进一步将成熟的CsHO1在大肠杆菌中表达得到了具有HO活性的融合蛋白，且在烟草叶片中的亚细胞定位结果表明CsHO1：GFP融合蛋白定位在质体中。同时我们还测定了mCsHO1相关的一些生化特性。研究发现CsHO1 mRNA在黄瓜萌发的种子、根部和茎部均有表达，尤其是在叶片组织中表达量最高。而且，一些已知的不定根发生的诱导剂均能不同程度的上调CsHO1转录及其蛋白表达，这些诱导剂包括生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、一氧化氮供体硝普钠(SNP)、氯化钙(CaCl2)和硫氢化钠(NaHS)等.所有以上这些结果表明CsHO1可能介导黄瓜不定根发生。
实验结果还显示在黄瓜不定根发生中，CsHO1与Ca2+信号可能存在互作关系。研究发现氯化血红素(hemin)和氯化钙(CaCl2)均能够以浓度依赖性方式诱导黄瓜不定根发生，且能够不同程度的上调CsHO1转录本水平。而HO-1抑制剂ZnPP则能够部分逆转CaCl2诱导的黄瓜不定根发生、HO活性、CsH1转录本及其蛋白表达。进一步采用Cd2+螯合剂EGTA及Ca2+通道抑制剂LaCl3和RR处理黄瓜外植体，发现其在降低Ca2+含量的同时，能够不同程度的抑制黄瓜不定根发生及HO-1蛋白表达，而用HO-1的诱导剂hemin则能够明显的缓解上述作用，这暗示HO可能参与Ca2+信号诱导的黄瓜不定根发生。研究还发现Ca2+螯合剂EGTA及Ca2+通道抑制剂LaCl3和RR也能够明显逆转由hemin诱发的黄瓜不定根发生、HO活性及其表达。且ZnPP对黄瓜不定根发生及HO-1蛋白表达的抑制作用又可通过施加外源Ca2+来缓解。总之，我们在药理学、生理学及分子生物学等方面的证据表明HO可能与Ca2+信号在黄瓜不定根发生中存在着紧密互作关系。
另外，研究发现，β-环糊精-氯化血红素(β-CD-hemin也能够明显诱导黄瓜不定根发生及HO-1蛋白表达。ZnPP则能够部分逆转上述作用。研究还发现，β-CD-hemin能够上调细胞周期基因 CycD3-1和CycD3-2转录本水平。研究结果表明CsHO1可能介导β-CD-hemin诱导的黄瓜不定根发生。
综上所述，本论文克隆了黄瓜(Cucumis sativus L.)血红素加氧酶-1基因(CsHO1)，分析其结构和表达谱，鉴定了CsHO1原核表达产物的生化特性，并初步探讨了CsHO1在黄瓜不定根发生过程中的作用及其与Ca2+信号的互作。