擬南芥MT2a和MPT家族調(diào)節(jié)脅迫耐性與生長發(fā)育的分子機理.pdf

1、植物與其它多細胞復(fù)雜生物體的顯著區(qū)別在于植物固著生活，植物在生存和發(fā)育的整個生命周期中，面臨各種不利的外部環(huán)境（如土壤鹽害、干旱、澇害、低溫、高溫、病原菌侵襲、機械損傷等）。其中，高鹽和低溫是影響植物分布和作物產(chǎn)量的主要限制因子。在長期的進化過程中，植物形成了響應(yīng)脅迫和提高抗性的機制。植物感受脅迫信號之后，啟動防御機制，包括物理結(jié)構(gòu)適應(yīng)（自身結(jié)構(gòu)改變和器官功能特性對鹽分的適應(yīng)）、胞內(nèi)滲透保護物質(zhì)（可溶性糖、脯氨酸、甜菜堿等）含量增加、抗

2、氧化劑（如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、抗壞血酸酶等）的合成水平上升等等，使植物體內(nèi)建立新的物質(zhì)和能量代謝平衡，從而在脅迫環(huán)境下存活。
　　 在多種生物及非生物脅迫下，植物細胞中活性氧的產(chǎn)生加速而清除活性氧的能力下降，從而導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧水平的提高。另外，植物不同非生物脅迫抗性也是與其細胞內(nèi)具有的不同的抗氧化酶活性和內(nèi)源抗氧化劑含量相關(guān)的。目前研究表明，金屬硫蛋白（Metallothionein，MT）在植物抗逆過程中起到清除R

3、OS的重要作用，然而，對于MT的作用機理，人們的研究仍然很有限。
　　 伴隨著多種生物及非生物脅迫（干旱、溫度變化、污染物、澇害），呼吸作用和光合作用有所減弱，隨后出現(xiàn)能量不足，從而引起一系列生理、代謝和分子水平上的事件發(fā)生，包括植物生長的抑制，分解代謝的活化以提供營養(yǎng)，生物合成酶類活性的降低等。因此能量代謝和植物脅迫耐性、存活率以及細胞的生長和伸長之間存在密切的聯(lián)系，控制能量代謝的平衡對于任何生物體的存活來說都是一種挑戰(zhàn)。線粒

4、體是需氧細胞通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP的主要部位。在這個過程中，底物無機磷酸通過線粒體內(nèi)膜上的線粒體磷酸轉(zhuǎn)運體（Mitochondrial phosphate transporter/Phosphate Carrier，MPT/PiC）從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體基質(zhì)。但是人們對于植物MPT與逆境脅迫抗性及生長發(fā)育之間的關(guān)系，仍不是很清楚。
　　 在模式植物擬南芥中，克隆得到了AtMT2a和MPT家族的三個成員，分別命名為AtMPT1、A

5、tMPT2和AtMPT3，對其表達模式和功能進行分析：
　　 （1）AtMT2a受多種脅迫的誘導(dǎo)，其中，受低溫脅迫誘導(dǎo)最為明顯。與WT相比，在種子萌發(fā)階段mt2a對低溫脅迫更加敏感，在幼苗階段mt2a中積累更多的H2O2。說明AtMT2a調(diào)節(jié)擬南芥的低溫脅迫耐性。
　　 （2）在低溫脅迫下，AtMT2a與CAT在清除活性氧自由基ROS的過程中相互補充，使植物更好的在逆境下存活。
　　 （3）通過序列比對和蛋白結(jié)構(gòu)

6、預(yù)測，MPT蛋白存在六個跨膜結(jié)構(gòu)域，具有線粒體磷酸轉(zhuǎn)運體家族蛋白的基本特征。
　　 （4）利用qRT-PCR和GUS染色證明，AtMPT1、AtMPT2及AtMPT3具有不同的組織表達模式，暗示著三個成員在擬南芥生長發(fā)育的不同階段起作用。而且AtMPT3表達量明顯的比AtMPT1和AtMPT2的表達量高，說明AtMPT3可能起主要作用。
　　 （5）AtMPT1、AtMPT2及AtMPT3的突變體和超表達植株表現(xiàn)出對鹽脅

7、迫的敏感性。正常條件和鹽脅迫下，由于AtMPTs的缺失會導(dǎo)致體內(nèi)ATP含量的降低，而AtMPTs的過量表達會致使體內(nèi)ATP含量提高。說明ATP是調(diào)控擬南芥鹽脅迫耐性的重要調(diào)節(jié)因子。鹽脅迫下，AtMPTs調(diào)控很多重要的轉(zhuǎn)錄因子、激素代謝及響應(yīng)基因的表達，其中，赤霉素（GA）代謝基因及響應(yīng)基因變化最為明顯。此外，鹽脅迫使WT中GA的含量降低，然而，鹽處理后，AtMPT1、AtMPT2及AtMPT3的突變體和超表達植株中GA的含量有所提高，外

8、施UNI使其鹽敏感的表型恢復(fù)。由此，說明ATP通過調(diào)節(jié)赤霉素使擬南芥對鹽脅迫做出響應(yīng)。
　　 （6）AtMPT3的純合體不能存活。超表達AtMPT3植株在營養(yǎng)生長階段表現(xiàn)出生長弱小的表型，在生殖生長階段表現(xiàn)出蓮座葉形狀不規(guī)則，蓮座葉數(shù)目增多，株型變小，延遲開花，莖短，育性降低的表型。說明AtMPT3調(diào)控擬南芥的生長發(fā)育。通過對基因芯片結(jié)果的分析，AtMPT3的超表達使擬南芥體內(nèi)很多生物學(xué)過程發(fā)生了改變。其中，植物激素代謝及響應(yīng)基