鋁調控飯豆根系檸檬酸分泌機制及酵母表達人工設計的酸性多肽片段以提高抗鋁性的初步研究.pdf

1、鋁毒是限制酸性土壤上作物生產的主要因子。一些植物或基因型擁有耐鋁機制以解除或者減輕生長介質中的鋁毒。Al脅迫下，植物根系有機酸的分泌被認為是最為重要的抗鋁機制，根據Al脅迫下有機酸分泌時間響應上的不同，可將鋁誘導的根系有機酸分泌劃分為兩種模式，然而，關于Al是如何調控有機酸分泌的過程還有待進一步探明。此外，基于植物中富含氨基酸，含兩個羧基并帶有強負電荷的氨基酸如天門冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)及富含這些氨基酸的多肽和蛋白質理論上可

2、以和Al3+相結合，降低Al3+的毒性。但迄今尚未發(fā)現擁有分泌這類多肽以提高抗鋁性的植物或微生物。本研究一方面以模式Ⅱ(鋁脅迫與有機酸的顯著分泌間在時間上有明顯的滯后期)植物飯豆為材料，研究鋁調控有機酸分泌的關鍵因子：另一方面，通過人工合成多肽片段在酵母中表達，初步探討其可行性，以明確氨基酸多肽片段在耐鋁機制中的可能作用。結果概述如下： 1.調控飯豆根系鋁脅迫下檸檬酸分泌的關鍵因子鋁脅迫下飯豆根系可分泌檸檬酸來緩解鋁毒，但在50

3、μM鋁脅迫下，檸檬酸的分泌至少滯后3小時，說明期間有一些鋁誘導過程參與了與調控了檸檬酸的分泌。缺磷和與鋁有類似毒性的鑭均不能誘導檸檬酸的分泌，說明鋁誘導的檸檬酸分泌具有專一性。50μM鋁處理6小時后可顯著增加根尖的檸檬酸含量以及檸檬酸分泌，但檸檬酸含量的增加明顯早于檸檬酸分泌。幾種質膜陰離子通道抑制劑，線粒體檸檬酸載體抑制劑以及一種蛋白質合成抑制劑，對鋁誘導檸檬酸分泌的實驗結果表明，陰離子通道抑制劑anthracene-9-carbox

4、ylicacid(A-9-C)和檸檬酸載體抑制劑phenylisothiocyanate(PI)均可顯明抑制鋁誘導的檸檬酸分泌；此外，A-9-C和PI處理均抑制了由鋁脈沖處理誘導的檸檬酸分泌，兩種抑制劑疊加處理更顯著地抑制了檸檬酸的分泌，說明線粒體膜上的檸檬酸載體和細胞質膜上的陰離子通道對鋁誘導的檸檬酸分泌起著同等重要的作用。蛋白質合成抑制劑Cycloheximide(CHM)也能明顯抑制鋁誘導的檸檬酸分泌，說明鋁誘導的檸檬酸分泌過程需

5、要有一些新蛋白質的合成。上述結果說明編碼檸檬酸轉運蛋白基因的誘導和激活(陰離子通道和載體)在鋁調控飯豆根系檸檬酸分泌的過程中著十分重要的作用。 2.酵母表達人工設計的酸性多肽片段以提高抗鋁性的初步研究一些生物化學和功能分析結果顯示，酸性多肽，多聚L-天門冬氨酸，多聚L-谷氨酸，血清轉鐵蛋白可以和Al3+結合，由此推測富含L-天門冬氨酸和L-谷氨酸的多肽片段可與Al3+結合，如果植物或微生物可以大量分泌富含此類氨基酸的多肽片段，或