论文部分内容阅读
在植物地上部分的表皮层细胞外面覆盖着一层由高度疏水的脂类物质构成的特殊结构,被称为角质层(cuticle)。角质层由外层的蜡质(wax)和内侧的角质(cutin)两部分组成,对植物起着重要的保护作用。组成角质层的脂类物质在表皮细胞中合成,而后被运输到植物表面。ABC转运蛋白是一类参与多类物质跨膜运输的蛋白,在拟南芥中存在一个含有~120个成员的ABC转运蛋白基因家族,其中一个成员编码的AtWBC12(CER5)被认为参与了形成蜡质所需的长链脂肪酸(Very long chain fatWacid,CLCFA)及其衍生物的跨膜运输。本研究对拟南芥中另外一个ABC转运蛋白AtWBC11的功能进行了分析。
分离得到了两个AtWBC11的T-DNA插入突变体(atwbc11-1和atwbc11-2),二者都具有相似的器官融合表型。分析表明T-DNA插入突变造成AtWBC11基因转录失活,其中atwbc11-2是表达完全失活的基因敲除突变体。互补实验也证明了突变体的表型确实是由于AtWBC11的突变引起的。atwbc11突变体地上部分各个器官可以融合在一起,而且不育,但是根的生长没有发生异常。突变体叶片表皮毛的数量变少,而且变小,扫描电镜观察也发现突变体叶表皮细胞明显变小。突变体的茎变细且呈现亮绿色,扫描电镜观察发现其表面的蜡质晶体数目也变少。突变体植株的叶绿素更容易被萃取,而且易于被甲苯胺蓝染料染色,说明AtWBC11的突变使角质层的透性发生了变化。显微切片观察发现,突变体植株的器官融合是由两层表皮细胞之间的粘连造成的,而且融合部位的角质层结构发生了变异:突变体角质层失去了规整的结构而变得不整齐,甚至缺失。通过GC-MS对突变体角质层成分进行了分析,结果发现AtWBC11基因敲除突变体中蜡质总含量降低了~70%,而角质总含量也下降了~43%,同时突变体中蜡质和角质的相对组成也都发生了变化。
AtWBC11是一个典型的半分子ABC转运蛋白:N端具有结合并水解ATP的nucleotide-binding domain(NBD),C端存在由六个α螺旋构成的跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)。本研究发现GFP-AtWBC11融合蛋白定位在细胞膜上,这和AtWBC11可能参与角质层脂类物质跨膜运输是一致的。
本研究对AtWBC11基因的表达特征进行了分析,发现其主要在植物的地上部分表达,而在根部的表达很弱,这和突变体的表型主要集中在地上部分是一致的。对启动子驱动GUS基因转基因植物的分析也证实了这一点:GUS染色信号分布在地上各个组织,而在根部仅在根尖和侧根原基部位检测到。本研究也发现AtWBC11的表达受到光信号的调控,而且植物激素脱落酸(ABA)处理可以有效诱导其表达。
由于突变体的表型均和表皮细胞角质层的缺陷有关,分析了AtWBC11的表达是否具有表皮特异性。虽然在AtWBC11启动子序列中发现了可能指导基因在表皮特异表达的L1 box,但是其下游报告基因的表达并没有局限于表皮细胞:AtWBC11启动子可以驱动GUS或GFP在内层细胞表达。但是当GFP融合AtWBC11编码区之后,发现茎中GFP-AtWBC11的表达特异性分布在表皮细胞。本研究检测了相应的GFP-AtWBC11融合转录本的分布,结果发现GFP-AtWBC11融合转录本也特异性的分布在表皮细胞,而且内源的AtWBC11基因转录本也集中在表皮层分布。
以上结果显示AtWBC13基因除了受到启动子的调控,还受到某种未知机制的控制,从而在表皮特异表达。