黃瓜血紅素加氧酶-1調(diào)控不定根發(fā)生及其與Ca2+信號的互作.pdf

1、動物中的研究表明，血紅素加氧酶(heme oxygenase，HO，EC1.14.99.3)可將血紅素降解為膽綠素(BV)，伴隨著一氧化碳(CO)和亞鐵離子(Fe2+)的產(chǎn)生，是一種重要的信號分子，參與并調(diào)節(jié)多種代謝途徑.最近的研究發(fā)現(xiàn)，HO在植物中也發(fā)揮著重要作用，它不僅具有抗氧化作用，還參與植物側(cè)根、不定根發(fā)生和光敏色素合成等。
　　 本實驗室先前的研究表明生長素能夠快速誘導(dǎo)HO活性的上升及HO反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳(CO)的釋放

2、，從而誘發(fā)一系列下游信號事件誘導(dǎo)黃瓜不定根發(fā)生。本研究克隆了黃瓜(Cucumis sativus L.)血紅素加氧酶-1基因(CsHO1)，它含有4個外顯子和3個內(nèi)含子，編碼一個含291個氨基酸的蛋白，并預(yù)測該蛋白分子量約為33.3 KDa，且其N-末端含有一段長為65個氨基酸殘基的信號肽序列。去除信號肽后的成熟CsHO1(mCsHO1)分子量約為26.1 KDa。進一步將成熟的CsHO1在大腸桿菌中表達得到了具有HO活性的融合蛋白，且

3、在煙草葉片中的亞細胞定位結(jié)果表明CsHO1：GFP融合蛋白定位在質(zhì)體中。同時我們還測定了mCsHO1相關(guān)的一些生化特性。研究發(fā)現(xiàn)CsHO1 mRNA在黃瓜萌發(fā)的種子、根部和莖部均有表達，尤其是在葉片組織中表達量最高。而且，一些已知的不定根發(fā)生的誘導(dǎo)劑均能不同程度的上調(diào)CsHO1轉(zhuǎn)錄及其蛋白表達，這些誘導(dǎo)劑包括生長素(IAA)、脫落酸(ABA)、一氧化氮供體硝普鈉(SNP)、氯化鈣(CaCl2)和硫氫化鈉(NaHS)等.所有以上這些結(jié)果表

4、明CsHO1可能介導(dǎo)黃瓜不定根發(fā)生。
　　 實驗結(jié)果還顯示在黃瓜不定根發(fā)生中，CsHO1與Ca2+信號可能存在互作關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)氯化血紅素(hemin)和氯化鈣(CaCl2)均能夠以濃度依賴性方式誘導(dǎo)黃瓜不定根發(fā)生，且能夠不同程度的上調(diào)CsHO1轉(zhuǎn)錄本水平。而HO-1抑制劑ZnPP則能夠部分逆轉(zhuǎn)CaCl2誘導(dǎo)的黃瓜不定根發(fā)生、HO活性、CsH1轉(zhuǎn)錄本及其蛋白表達。進一步采用Cd2+螯合劑EGTA及Ca2+通道抑制劑LaCl3和R

5、R處理黃瓜外植體，發(fā)現(xiàn)其在降低Ca2+含量的同時，能夠不同程度的抑制黃瓜不定根發(fā)生及HO-1蛋白表達，而用HO-1的誘導(dǎo)劑hemin則能夠明顯的緩解上述作用，這暗示HO可能參與Ca2+信號誘導(dǎo)的黃瓜不定根發(fā)生。研究還發(fā)現(xiàn)Ca2+螯合劑EGTA及Ca2+通道抑制劑LaCl3和RR也能夠明顯逆轉(zhuǎn)由hemin誘發(fā)的黃瓜不定根發(fā)生、HO活性及其表達。且ZnPP對黃瓜不定根發(fā)生及HO-1蛋白表達的抑制作用又可通過施加外源Ca2+來緩解?？傊?，我們

6、在藥理學(xué)、生理學(xué)及分子生物學(xué)等方面的證據(jù)表明HO可能與Ca2+信號在黃瓜不定根發(fā)生中存在著緊密互作關(guān)系。
　　 另外，研究發(fā)現(xiàn)，β-環(huán)糊精-氯化血紅素(β-CD-hemin也能夠明顯誘導(dǎo)黃瓜不定根發(fā)生及HO-1蛋白表達。ZnPP則能夠部分逆轉(zhuǎn)上述作用。研究還發(fā)現(xiàn)，β-CD-hemin能夠上調(diào)細胞周期基因 CycD3-1和CycD3-2轉(zhuǎn)錄本水平。研究結(jié)果表明CsHO1可能介導(dǎo)β-CD-hemin誘導(dǎo)的黃瓜不定根發(fā)生。