番茄SUMOE3連接酶SlSIZ1的功能分析.pdf

1、植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中會(huì)遭受多種非生物脅迫，例如強(qiáng)光、干旱、極端溫度等，對(duì)植物的正常生理活動(dòng)和生長(zhǎng)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(jī)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(jié)合酶）、E3（連接酶）對(duì)底物蛋白進(jìn)行修飾。SUMO化修飾可以調(diào)節(jié)植物對(duì)高溫、低溫、干旱、鹽等非生物脅迫的響應(yīng)，也可以調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及營(yíng)養(yǎng)代謝等。SIZ1是一種SUMO E3連接酶，主要作

2、用是介導(dǎo)SUMO蛋白和底物蛋白的特異性結(jié)合，大多數(shù)的SUMO化都需要 SUMO E3連接酶的介導(dǎo)。因此很多學(xué)者都通過對(duì)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(duì)高溫、低溫、干旱、過量銅離子等非生物脅迫的響應(yīng)。
　　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(qiáng)，而且高溫常常伴隨著干旱，對(duì)番茄造成嚴(yán)重傷害，導(dǎo)致產(chǎn)量降低或者死亡。SIZ1可以通過介導(dǎo) SUMO化調(diào)節(jié)植物對(duì)高溫和干旱的響應(yīng)，在番茄中尚

3、無對(duì)SIZ1的研究。因此，探討SlSIZ1在調(diào)節(jié)番茄響應(yīng)高溫和干旱脅迫中的作用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)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(jié)果如下：
　?。?）對(duì)番茄進(jìn)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(cè)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(cè)號(hào)：KP323389），該基因開放閱讀框長(zhǎng)2658bp，編碼886個(gè)氨基酸，預(yù)測(cè)蛋白分子量約為97.35kDa，等電點(diǎn)預(yù)測(cè)為4.92，生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)其位于番茄11號(hào)染色體上。
　?。?）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(dá)，在葉片中表達(dá)量最高。同時(shí)該基因受高溫、低溫、干旱、鹽等脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)，但變化不明顯。說明SlSIZ1主要是通過介導(dǎo)SUMO化修飾，而不僅僅是通過其表達(dá)量的變化來調(diào)節(jié)植物對(duì)逆境的響應(yīng)。亞細(xì)胞定位分析顯示SlSIZ1定位于細(xì)胞核中。
　?。?）對(duì)SlSIZ1進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)其具有SIZ1蛋白的五個(gè)保守結(jié)構(gòu)域，并且將SlSIZ1轉(zhuǎn)化擬南芥siz1-2突變體，可以部分恢復(fù)突變體植株

6、矮小、葉片狹窄、對(duì)ABA敏感以及SUMO化積累降低等表型，可以調(diào)節(jié)和介導(dǎo)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(dá)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(guān)基因表達(dá)，增加體內(nèi) SUMO化積累，維持較高的種子萌發(fā)率和生長(zhǎng)情況，提高轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫的抗性。
　?。?）高溫脅迫下，

7、過表達(dá)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(xì)胞死亡，增加體內(nèi)SUMO化積累，過表達(dá)番茄中具有較高的葉綠素含量和小苗鮮重。同時(shí)SlSIZ1可以與SlHsfA1互作，介導(dǎo)SlHsfA1發(fā)生SUMO化修飾，促使 SlHsfA1在高溫脅迫下具有更高的轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)下游高溫相關(guān)基因表達(dá)（SlHsfA2、SlHsp70、SlHsp70-3和 SlHsp90）。高溫脅迫時(shí)，過表達(dá) SlSIZ1番茄中H