拟南芥泛素连接酶SDIR1的功能分析和信号传导途径的研究

摘要

泛素化途径在植物逆境和激素相关的信号传导中起着重要的作用。目前，逆境胁迫及脱落酸(ABA)信号传导中泛素化相关基因功能的研究取得很大进展，这方面的研究对了解植物逆境胁迫和相关激素的信号通路以及其作用机制具有非常重要的意义。本论文通过生物化学、分子细胞生物学和遗传学分析等方法对含环指蛋白结构域的E3泛素连接酶SDIR1蛋白的生化功能、参与的生理过程及该蛋白在植物逆境胁迫相关的激素ABA信号途径中的调控机制进行了系统的分析及全面的阐述，并对SDIR1作为抗旱基因在基因工程中的应用提供了依据。 通过在洋葱表皮细胞中瞬时表达GFP-SDIR1融合蛋白进行亚细胞定位以及细胞内不同蛋白组分的分离，发现SDIR1蛋白是一个膜蛋白，定位于细胞的内膜系统上。通过蛋白体外泛素化实验证明，SDIR1是一个有功能的E3连接酶，进而通过点突变发现环指蛋白结构域对E3连接酶的活性是必需的。通过对野生型、SDIR1过表达转基因及其T-DNA插入突变体sdir 1植株的比较研究，发现它们对植物激素和逆境胁迫的反应发生了变化：这三类植物对ABA、盐、干旱、葡萄糖和乙烯的敏感性发生改变，同时也改变了ABA和干旱相关响应基因的表达。SDIR1过表达植物与野生型和突变体相比，它对ABA和盐更敏感，它的种子萌发生长被抑制；同时，它的水分蒸发减少，耐干旱能力提高，其主要原因是SDIR1的过表达改变了部分干旱应答基因的表达，进而提高了ABA诱导叶片气孔关闭的敏感性。遗传互补实验表明，AB15，ABF3和ABF4基因可以互补sdir1-1突变体的ABA不敏感的表型，相反，SDIR1却不可以互补abi5-1突变体；并且在转录水平上，这三个受ABA诱导的bZIP转录因子在sdir1-1突变体中均削弱了对ABA的信号的响应。由此推断SDIR1基因作用是在这些受ABA调控的bZIP基因的上游，是ABA信号传导的正调控因子。由于SDIR1是膜蛋白，为了进一步研究它的信号传导途径，本实验选用膜蛋白酵母双杂交系统，构建了拟南芥相应的cDNA文库，筛选出了多个SDIR1的互作蛋白。另外，为了探究SDIR1作为抗旱基因在基因工程中的应用前景，本实验将SDIR1基因分别在单子叶粮食作物水稻和双子叶经济作物烟草中过表达，证实了SDIR1的转基因水稻及烟草的耐旱性能均有提高，为SDIR1通过基因工程提高农作物的耐旱节水性提供了理论和实践依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1植物的逆境胁迫

1.2 ABA与植物非生物胁迫

1.3泛素依赖的蛋白降解途径

1.4 ABA相关途径中的泛素化作用

1.5论文选题与研究意义

第2章材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

第3章结果

3.1拟南芥SDIR1的分子生物学鉴定

3.2拟南芥SDIR1的生物学功能鉴定

3.3拟南芥SDIR1的信号传导途径研究

3.4拟南芥SDIR1相互作用蛋白的筛选

3.5拟南芥SDIR1的抗旱性在经济及粮食作物中的应用

第4章讨论

4.1盐和干旱诱导的SDIR1编码具E3活性的RINGfinger蛋白

4.2 SDIR1过表达提高植物的耐旱性

4.3 SDIR1在多组ABA响应基因的上游并影响着它们的表达

4.4 SDIR1是ABA信号传导途径中的正调控因子

4.5 SDIR1在ABA等胁迫/激素信号途径中的作用模型

结语

参考文献

附录

致 谢