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

1、動(dòng)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(hào)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(shí)驗(yàn)室先前的研究表明生長(zhǎng)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(hào)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(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，編碼一個(gè)含291個(gè)氨基酸的蛋白，并預(yù)測(cè)該蛋白分子量約為33.3 KDa，且其N(xiāo)-末端含有一段長(zhǎng)為65個(gè)氨基酸殘基的信號(hào)肽序列。去除信號(hào)肽后的成熟CsHO1(mCsHO1)分子量約為26.1 KDa。進(jìn)一步將成熟的CsHO1在大腸桿菌中表達(dá)得到了具有HO活性的融合蛋白，且

3、在煙草葉片中的亞細(xì)胞定位結(jié)果表明CsHO1：GFP融合蛋白定位在質(zhì)體中。同時(shí)我們還測(cè)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(dá)，尤其是在葉片組織中表達(dá)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(dá)，這些誘導(dǎo)劑包括生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示在黃瓜不定根發(fā)生中，CsHO1與Ca2+信號(hào)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(dá)。進(jìn)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(shí)，能夠不同程度的抑制黃瓜不定根發(fā)生及HO-1蛋白表達(dá)，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(hào)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(dá)。且ZnPP對(duì)黃瓜不定根發(fā)生及HO-1蛋白表達(dá)的抑制作用又可通過(guò)施加外源Ca2+來(lái)緩解。總之，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(hào)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(dá)。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(xì)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。