擬南芥異三聚體G蛋白在脫落酸、一氧化氮、過氧化氫調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)中的功能研究.pdf

1、脫落酸(ABA)、一氧化氮(NO)、過氧化氫(H2O2)是植物應(yīng)對外界刺激產(chǎn)生的關(guān)鍵信號分子，參與了多種植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。保衛(wèi)細(xì)胞氣孔運(yùn)動(dòng)中存在著復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，已有的研究證明，ABA、NO、H2O2、G蛋白都參與了氣孔運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。氣孔保衛(wèi)細(xì)胞是研究高等植物細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的模式材料。研究氣孔運(yùn)動(dòng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其調(diào)控機(jī)制對于認(rèn)識植物整體對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制具有重要的科學(xué)意義。 植物異三聚體G蛋白由α、β和γ三種亞基構(gòu)

2、成。植物異三聚體G蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是植物細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制中最為保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制之一?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論已經(jīng)闡明了ABA調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉機(jī)制，同時(shí)證實(shí)G蛋白α亞基參與了ABA調(diào)控氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)的過程，但關(guān)于G蛋白各亞基在氣孔運(yùn)動(dòng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的功能卻還未完全闡明。 本文以擬南芥野生型Col以及GPA1、AGB1、GPA1/AGB1蛋白缺失突變體gpal-4、agbl-2、ap36為研究材料，利用表皮條生物分析和熒光顯微技術(shù)探討了

3、G蛋白參與保衛(wèi)細(xì)胞ABA、NO、H2O2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的功能，主要研究結(jié)果總結(jié)如下： 1)外源ABA可以誘導(dǎo)野生型擬南芥氣孔關(guān)閉。在此過程中，gpal-4對ABA不敏感說明GPA1介導(dǎo)了ABA對氣孔關(guān)閉的誘導(dǎo)作用；agbl-2、aβ36對ABA敏感，推測AGB1不參與這一信號通路。 2)外源ABA可以抑制野生型擬南芥氣孔開張運(yùn)動(dòng)。在此過程中，gpal-4、agbl-2對ABA敏感，ap36雙突變體對ABA不敏感，說明GP

4、A1和AGB1可單獨(dú)在此信號通路中起作用，但不能同時(shí)缺失。 3)外源NO促進(jìn)了野生型擬南芥氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。在此過程中，gpal-4、agbl-2對NO敏感，ap36對NO不敏感，推測GPA1蛋白和AGBI蛋白均可在此信號通路中發(fā)揮作用，但同時(shí)缺失會(huì)使此信號通路受阻。 4)外源NO抑制了野生型擬南芥氣孔開張運(yùn)動(dòng)，對三種突變體亦產(chǎn)生相同的效應(yīng)，說明G蛋白沒有參與NO抑制氣孔開張過程，或者是在該過程中起著負(fù)調(diào)控作用。 5

5、)外源H2O2可以促進(jìn)野生型擬南芥氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。agbl-2對H2O2敏感，而gpal-4突變體和ap36突變體對H2O2不敏感，說明GPA1蛋白可能為這一信號通路所必需。 6)外源H2O2可以抑制野生型擬南芥氣孔開張運(yùn)動(dòng)。gpal-4、ap36對H2O2不敏感，agbl-2突變體對H2O2敏感，類似于野生型，從而推測GPA1蛋白是此信號通路所必需的。 7)野生型擬南芥保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)，ABA可誘導(dǎo)產(chǎn)生NO和H2O2進(jìn)而引起氣

6、孔關(guān)閉。在此過程中，ABA誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生H2O2過程需要GPA1蛋白參與，而ABA誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生NO過程需要GPA1蛋白和AGBI蛋白兩者同時(shí)存在。 8)野生型擬南芥中，ABA可誘導(dǎo)保衛(wèi)細(xì)胞產(chǎn)生NO和H2O2進(jìn)而抑制氣孔開張運(yùn)動(dòng)，在此過程里，證明GPA1蛋白為ABA誘導(dǎo)產(chǎn)生H2O2進(jìn)而抑制氣孔開張運(yùn)動(dòng)所必需的，AGB1蛋白是ABA保衛(wèi)細(xì)胞生成NO抑制氣孔開張運(yùn)動(dòng)所必需的。 9)野生型擬南芥保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2可誘導(dǎo)

7、產(chǎn)生NO，進(jìn)而促進(jìn)氣孔關(guān)閉，agbl-2突變體也有類似表現(xiàn)，而gpal-4、ap36突變體內(nèi)H2O2不能誘導(dǎo)產(chǎn)生NO而影響氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，從而可推測GPA1蛋白正調(diào)控H2O2誘導(dǎo)生成NO促進(jìn)氣孔關(guān)閉的信號通路。 10)野生型擬南芥保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2能夠誘導(dǎo)NO生成，進(jìn)而抑制氣孔的開張運(yùn)動(dòng)，agbl-2突變體也有類似表現(xiàn)，而gpal-4、aβ36突變體內(nèi)H2O2不能誘導(dǎo)產(chǎn)生NO而影響氣孔開張運(yùn)動(dòng)，從而可推測GPA1蛋白為H2O2誘導(dǎo)

8、保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)生成NO抑制氣孔開張運(yùn)動(dòng)信號通路所必需。 11) NO促進(jìn)氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)中，gpal-4突變體、agbl-2突變體和ap36突變體保衛(wèi)細(xì)胞與野生型對NO反應(yīng)類似，均不被誘導(dǎo)產(chǎn)生H2O2，故推測G蛋白不參與這一過程。 12) NO抑制氣孔開放運(yùn)動(dòng)中，與野生型類似，gpal-4突變體、agbl-2突變體和aβ36突變體保衛(wèi)細(xì)胞均不被NO誘導(dǎo)產(chǎn)生H2O2，故推測G蛋白不參與這一過程。 13)細(xì)胞內(nèi)源性ABA能增

9、強(qiáng)NO和H2O2對野生型擬南芥氣孔關(guān)閉運(yùn)動(dòng)的促進(jìn)作用，而不能對gpal-4突變體、agbl-2突變體和aβ36突變體保衛(wèi)細(xì)胞產(chǎn)生此效應(yīng)，故推測GPA1蛋白和AGB1蛋白參與了這一信號通路，且兩蛋白在此過程中協(xié)同作用，缺一不可。 14)細(xì)胞內(nèi)源性ABA能增強(qiáng)H2O2對野生型擬南芥氣孔開張運(yùn)動(dòng)的抑制作用，aβ36突變體保衛(wèi)細(xì)胞H2O2對氣孔開張運(yùn)動(dòng)的抑制作用能被內(nèi)源性ABA所減弱，故推測GPA1蛋白和AGB1蛋白在這一信號通路起正調(diào)