番茄SUMOE3連接酶SlSIZ1的功能分析.pdf

1、植物在生長發(fā)育過程中會遭受多種非生物脅迫，例如強光、干旱、極端溫度等，對植物的正常生理活動和生長發(fā)育產(chǎn)生顯著的影響。翻譯后修飾是一種重要調(diào)節(jié)機制， SUMO化修飾是近些年來發(fā)現(xiàn)的一種較新的翻譯后修飾。SUMO蛋白利用E1（激活酶）、E2（結合酶）、E3（連接酶）對底物蛋白進行修飾。SUMO化修飾可以調(diào)節(jié)植物對高溫、低溫、干旱、鹽等非生物脅迫的響應，也可以調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育、信號轉導及營養(yǎng)代謝等。SIZ1是一種SUMO E3連接酶，主要作

2、用是介導SUMO蛋白和底物蛋白的特異性結合，大多數(shù)的SUMO化都需要 SUMO E3連接酶的介導。因此很多學者都通過對SIZ1的研究來探索植物體內(nèi)SUMO化的功能。SIZ1可以調(diào)節(jié)植物對高溫、低溫、干旱、過量銅離子等非生物脅迫的響應。
　　番茄是一種起源于熱帶的重要蔬菜作物，但是其高溫抗性并不強，而且高溫常常伴隨著干旱，對番茄造成嚴重傷害，導致產(chǎn)量降低或者死亡。SIZ1可以通過介導 SUMO化調(diào)節(jié)植物對高溫和干旱的響應，在番茄中尚

3、無對SIZ1的研究。因此，探討SlSIZ1在調(diào)節(jié)番茄響應高溫和干旱脅迫中的作用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　我們從番茄中克隆得到 SlSIZ1基因。以擬南芥、煙草和番茄為材料，研究 SlSIZ1是否具有SUMO E3連接酶的特性，探討其在調(diào)節(jié)植物干旱和高溫抗性中的功能，主要結果如下：
　?。?）對番茄進行低溫（4℃）、高溫（42℃）、干旱（聚乙二醇，PEG）和氧化脅迫（MV，甲基紫精）處理，檢測SUMO化情況。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過這幾

4、種處理后番茄體內(nèi)的SUMO化程度都升高，在低溫、高溫和干旱脅迫處理下 SUMO化程度增加較為明顯，而在氧化脅迫處理下，番茄體內(nèi)的SUMO化水平變化不明顯。
　?。?）從番茄葉片中克隆得到SlSIZ1基因（GenBank注冊號：KP323389），該基因開放閱讀框長2658bp，編碼886個氨基酸，預測蛋白分子量約為97.35kDa，等電點預測為4.92，生物信息學分析發(fā)現(xiàn)其位于番茄11號染色體上。
　　（3）qRT-PCR分

5、析發(fā)現(xiàn)，SlSIZ1基因在番茄的根、莖、葉、花中均有表達，在葉片中表達量最高。同時該基因受高溫、低溫、干旱、鹽等脅迫的誘導表達，但變化不明顯。說明SlSIZ1主要是通過介導SUMO化修飾，而不僅僅是通過其表達量的變化來調(diào)節(jié)植物對逆境的響應。亞細胞定位分析顯示SlSIZ1定位于細胞核中。
　?。?）對SlSIZ1進行序列分析發(fā)現(xiàn)其具有SIZ1蛋白的五個保守結構域，并且將SlSIZ1轉化擬南芥siz1-2突變體，可以部分恢復突變體植株

6、矮小、葉片狹窄、對ABA敏感以及SUMO化積累降低等表型，可以調(diào)節(jié)和介導植物體內(nèi)的SUMO化，說明SlSIZ1具有SUMO E3連接酶的活性。
　?。?）干旱脅迫下，過表達SlSIZ1可以降低煙草中ROS的積累，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（游離脯氨酸）的含量，減少生物膜損傷（MDA）、葉片壞死和失綠，上調(diào)逆境相關基因表達，增加體內(nèi) SUMO化積累，維持較高的種子萌發(fā)率和生長情況，提高轉基因煙草對干旱脅迫的抗性。
　?。?）高溫脅迫下，

7、過表達SlSIZ1可以減少番茄體內(nèi)ROS的積累，增加抗氧化酶活性，減少生物膜損傷（MDA）和細胞死亡，增加體內(nèi)SUMO化積累，過表達番茄中具有較高的葉綠素含量和小苗鮮重。同時SlSIZ1可以與SlHsfA1互作，介導SlHsfA1發(fā)生SUMO化修飾，促使 SlHsfA1在高溫脅迫下具有更高的轉錄活性，上調(diào)下游高溫相關基因表達（SlHsfA2、SlHsp70、SlHsp70-3和 SlHsp90）。高溫脅迫時，過表達 SlSIZ1番茄中H