G蛋白依赖的cAMP信号系统参与3OC8-HSL对植物主根伸长的调控

作     者：李可新 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金红星;宋水山;张志强

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：拟南芥 cAMP信号系统 G蛋白 3-羰基辛酰基高丝氨酸内酯 生长发育 

摘      要：N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)是革兰氏阴性菌间的通讯信号分子,不仅被细菌感知,参与介导细菌间的信号交流调控细菌多种生物功能,而且也能被植物识别,并且可以根据特异性来调控植物的生长发育和抗逆、抗病等基因的表达。前期实验室研究发现Gα蛋白可以介导AHL对植物细胞钙信号的调控。然而,AHL信号如何在G蛋白-Ca信号系统之间进行转导并不清楚。本实验主要分析G蛋白下游环腺苷酸(cAMP)通路中关键信号转导组分腺苷酸环化酶(AC)、cAMP以及环核苷酸门控离子通道(CNGC)在AHL调控植物主根伸长过程中的调控功能,意在探索cAMP信号通路参与AHL对植物生长发育的调控机制以及G蛋白在这其中发挥的作用。AC是cAMP信号通路中的重要组分之一,研究发现经信号分子3-羰基辛酰基高丝氨酸内酯(3OC8-HSL)处理不同时间后拟南芥野生型Col-0中AC酶活呈现先上升后下降到初始水平的趋势,最高酶活可以在1小时后达到351U/g,相应的可以快速促进植物体内cAMP的合成,cAMP含量可以在3小时达到最高水平,当AC酶活下降时cAMP也逐渐恢复到初始水平。这表明AC和cAMP均响应3OC8-HSL的诱导。另一方面,我们从根长表型实验入手,利用外源添加db-cAMP作为cAMP的替代物探索cAMP对植物主根伸长的影响。db-cAMP是一种细胞可渗透的cAMP,对植物体内cAMP浓度没有任何影响。结果显示不同浓度的db-cAMP对植物主根伸长都起着重要的作用,与3OC8-HSL共同作用于植物时,促根效果更加明显,主根伸长率可以达到78%,这暗示cAMP可以发挥与3OC8-HSL在主根伸长方面发挥着类似的作用,可以参与AHL对主根发育的调控。接着我们利用qRT-PCR技术得知AtCNGC2/12可以响应信号分子3OC8-HSL的诱导。因此我们进一步采用CNGC2的无致死型突变体dnd1研究CNGC2在植物感知AHL调控主根发育中发挥的作用,研究发现3OC8-HSL和db-cAMP单独或共同作用dnd1时,都不能促进主根伸长。另一方面db-cAMP能刺激并激活野生型拟南芥的钙离子通道CNGC2,引起植物细胞内钙离子浓度变化,进而调控植物生长发育,而在dnd1并没有此现象。暗示着CNGC2是cAMP下游激活的钙离子通道并参与植物感知AHL调控主根伸长。为了探索G蛋白在cAMP信号通路参与植物感知AHL中发挥的作用,本文利用野生型以及G蛋白的过表达株系c Gα和突变体gpa1-4作为实验材料进行探索。研究发现,在信号分子3OC8-HSL处理后c Gα的AC和cAMP含量的上升程度都明显高于野生型,说明c Gα加强了3OC8-HSL对AC和cAMP的诱导。gpa1-4在经过3OC8-HSL处理后,AC含量不升反降,胞内cAMP含量没有明显的变化,且两者的含量均低于野生型。这些结果都可以说明G蛋白在cAMP通路中发挥正向调控的作用。以上研究结果均可以说明cAMP信号通路参与AHL调控植物生长发育,而且此过程依赖于G蛋白的调控。