RACK1蛋白在畢赤酵母中的表達及其在調(diào)控擬南芥氣孔運動中的作用.pdf

1、活化態(tài)C激酶1受體(Receptor for Actirated C Kinase 1，RACK1)是一種WD40重復(fù)蛋白。哺乳動物中，RACK1被認為是一種支架蛋白，它能與許多重要的信號分子相互作用，在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要的作用。許多研究表明，植物細胞中存在與哺乳動物RACK1高度同源的蛋白質(zhì)，并可能參與了植物對激素、干旱脅迫的響應(yīng)過程及細胞分裂與生長發(fā)育的調(diào)控。氣孔保衛(wèi)細胞是研究高等植物細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的模式系統(tǒng)。保衛(wèi)細胞氣孔運動中存

2、在著復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，如ABA、G蛋白、NO的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等。研究氣孔運動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其調(diào)控機制對于認識植物整體對環(huán)境的適應(yīng)機制具有重要的科學(xué)意義。 本實驗首先利用真核畢赤酵母表達系統(tǒng)成功將AtRACK1/OsRACK1基因整合到畢赤酵母GS115的染色體上，通過甲醇誘導(dǎo)分別使擬南芥RACK1和水稻RACK1蛋白得到了有效分泌和表達，為進一步獲得植物RACK1蛋白抗體奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還以野生型Col、WT以及gpa1-

3、4、agb1-2、rack1a-1、athk1、atnos1、αβ36、rack1a-1gpa1-4，rack1a-1agb1-2、athk1rack1a-1突變體為研究材料探討了G蛋白、RACK1蛋白、AtHK1蛋白在ABA誘導(dǎo)NO合成及RACK1蛋白在ABA、NO調(diào)控氣孔運動中的作用，并比較了十一種基因型在氣孔密度及氣孔顯微結(jié)構(gòu)上的差異，主要研究結(jié)果總結(jié)如下： (1)ABA能夠誘導(dǎo)野生型擬南芥保衛(wèi)細胞合成NO。GPA1、AG

4、B1蛋白通過不同的調(diào)控機制調(diào)節(jié)組成型及誘導(dǎo)型NO的生成，GPA1、AGB1蛋白在ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細胞NO生成過程中起正調(diào)控作用。RACK1蛋白可能參與了ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細胞NO生成過程，并起正調(diào)控作用。研究還表明，ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細胞NO生成過程需要NOS及AtHK1蛋白的參與。 (2)ABA和NO能夠誘導(dǎo)擬南芥野生型氣孔關(guān)閉。GPA1、AGB1、RACK1不一定是ABA誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑所必需的。在NO介導(dǎo)的氣孔關(guān)閉過程

5、中，G蛋白α、β亞基中任意一者缺失均不起作用，只有兩者共同存在時才能起調(diào)控作用。RACK1蛋白不參與NO促進氣孔關(guān)閉的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 (3)ABA和NO均能抑制氣孔開放。ABA抑制氣孔開張的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑需要GPA1蛋白的參與，RACK1、AtHK1蛋白在該途徑中不起主要的調(diào)控作用。GPA1、AGB1、RACK1并不參與NO抑制氣孔開放過程。 (4)rack1a-1、rack1a-1agb1-2、rack1a-1gpa1-

6、4等突變體葉片的氣孔密度均顯著小于野生型Col，athk1、athk1rack1a-1的氣孔密度均顯著大于野生型WT，推測氣孔的發(fā)育涉及多種蛋白的調(diào)控，rack1a-1、rack1a-1agb1-2、rack1a-1gpa1-4可能主要通過減小氣孔孔徑及氣孔密度來降低干旱脅迫下的蒸騰作用，減少水分的損失。 (5)擬南芥各基因型的保衛(wèi)細胞呈對稱排列，使氣孔器呈橢圓形或卵圓形。Col、WT、athk1rack1a-1保衛(wèi)細胞外拱蓋表

7、面平滑；gpa1-4、agb1-2、rack1a-1氣孔周壁上有明顯的波狀嵴：agb1-2、αβ36、athk1、atnos1的少數(shù)氣孔外壁略有突起；rack1a-1gpa1-4、rack1a-1agb1-2保衛(wèi)細胞外壁明顯隆起，呈瘤狀突起。氣孔外壁突起的特征可能與agb1-2、rack1a-1gpa1-4、rack1a-1agb1-2的耐旱性相關(guān)。 根據(jù)以上研究結(jié)果，我們推測RACK1參與了ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細胞內(nèi)NO合成過程，