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植物生理学报 2021年第6期57卷 1271-1280页

作者：孙雅娜何子玮曹向宇赵芊刘方贾振华宋水山张利平河北大学生命科学学院生命科学与绿色发展研究院河北保定071002 河北省科学院生物研究所石家庄050051 河北省主要农作物微生物病害控制工程技术研究中心石家庄050051

n-酰基高丝氨酸内酯(n-acyl-homoserine lactones,AHLs)是一种细菌群体感应信号分子,由其介导的群体感应(quorum sensing,QS)参与革兰氏阴性菌多种生物学功能的调控。n-癸酰基高丝氨酸内酯(n-decanoyl-homoserine lactone,C10-HSL)是一种中长链的AHLs。前期研究表明,C10-HSL处理可以显著改变植物的根系结构,并且nO和H2O2参与C10-HSL影响植物根系结构的过程。但对于植物如何感知C10-HSL知之甚少。植物中存在大量类受体蛋白激酶,在植物感应外界环境信息调节其自身生长发育过程中发挥重要作用。但植物类受体蛋白激酶是否参与植物感应细菌QS信号分子,进而调控植物生理过程尚不清楚。该研究筛选出了对C10-HSL处理抑制根长表型不敏感的拟南芥类受体蛋白激酶缺失突变体pbl28,发现C10-HSL对突变体pbl28主根生长的抑制、侧根形成的促进效应与野生型拟南芥Col-0相比明显减弱。进一步分析表明,突变体pbl28中C10-HSL诱导产生的nO和H2O2的浓度显著低于Col-0。研究结果初步表明,植物类受体蛋白激酶PBL28可能参与植物对C10-HSL的感知,并且通过调控nO和H2O2的产生影响C10-HSL对拟南芥根系结构的调控。

关键词： n-癸酰基高丝氨酸内酯拟南芥 pbl28 类受体蛋白激酶

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类受体蛋白激酶PBL28参与n-癸酰基高丝氨酸内酯调控植物根系生长的研究

类受体蛋白激酶PBL28参与N-癸酰基高丝氨酸内酯调控植物根系生长...

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作者：孙雅娜河北大学

学位级别：硕士

n-酰基高丝氨酸内酯(n-acyl-homoserine lactones,AHLs)是一种可以调控细菌群体行为的信号分子,该信号分子通过群体感应(Quorum sensing,QS)影响革兰氏阴性菌的生理活动,并由此在菌体发挥自身功能的过程中做出调控。n-癸酰基高丝氨酸内... 详细信息

n-酰基高丝氨酸内酯(n-acyl-homoserine lactones,AHLs)是一种可以调控细菌群体行为的信号分子,该信号分子通过群体感应(Quorum sensing,QS)影响革兰氏阴性菌的生理活动,并由此在菌体发挥自身功能的过程中做出调控。n-癸酰基高丝氨酸内酯(n-decanoyl-homoserine lactone,C10-HSL)是一种中长链的AHLs。近年的研究发现,C10-HSL处理可以显著改变植物的根系结构,可以抑制主根生长,促进侧根和根毛的形成。但对于植物是如何感知C10-HSL知之甚少。植物体内含有许多类受体蛋白激酶(Receptor like-kinases,RLKs),这些RLKs的存在,不仅利于植物对机体内部变化的获取,而且可以接收生存环境的信息。由此可见,RLKs在植物的整个生命进程中发挥着重要作用。但RLKs是否参与植物感应细菌QS信号分子,进而调控植物生理过程尚不清楚。本研究以信号分子C10-HSL及RLKs缺失突变体为实验材料,探究类受体蛋白激酶PBL28在C10-HSL调控植物根系生长中的作用。主要研究结果如下:1.首先分析了C10-HSL对拟南芥野生型Col-0根系结构的改变,确定了影响根系变化的C10-HSL的最适浓度为30μM。采用特异性荧光探针染料DAF-2DA和DCFH-DA分析C10-HSL处理后拟南芥中nO和HO含量与分布的变化,发现C10-HSL可以促使植物体内nO和HO的产生。利用nO和HO合成相关酶的缺失突变体noa1和rboh D/F进一步研究发现,这两个突变体对C10-HSL处理的敏感性显著降低,主根受抑制程度明显减小。结果初步表明C10-HSL通过调控nO和HO的合成进而影响植物根系的建成。2.为研究RLKs在C10-HSL调控植物根系结构中的作用,实验室前期观察分析Col-0和RLKs突变体库中各个突变体根系结构对C10-HSL处理的响应,初筛结果发现,五个RLKs缺失突变体pbl28、rgi5、rkf1、lecrk-ix.1、crrlk1-l表现出不同程度的不敏感表型。本研究针对五个突变体进行了复筛实验,发现C10-HSL处理后,五个RLKs缺失突变体pbl28、rgi5、rkf1、lecrk-ix.1、crrlk1-l敏感性显著降低,其中突变体pbl28对C10-HSL极为不敏感。为了进一步研究类受体蛋白激酶PBL28在C10-HSL调控植物根生长的作用,检测了C10-HSL处理前后Col-0和pbl28中nO和HO水平的变化,发现PBL28的缺失严重阻碍了C10-HSL诱导的nO和HO的产生。结果初步表明PBL28可能通过调控C10-HSL诱导产生的nO和HO的水平参与其对植物根系生长的调控。3.为进一步从遗传学上研究PBL28在C10-HSL调控植物根系结构的功能和作用机制,构建了植物双元表达载体p BI121-PBL28-GFP,是以农杆菌作为媒介,采用浸花法将表达载体转入拟南芥中,经过抗性筛选一共得到8株单拷贝的转基因植株。此外构建了类受体蛋白激酶PBL28的原核表达载体p ET-28a-PBL28,并利用IPTG诱导法进行诱导表达,获得了PBL28的可溶性表达。采用Western blot检测蛋白的特异性,结果表明特异性良好。以上研究结果为进一步验证PBL28参与C10-HSL对根系的调控奠定了实验基础,也为RLKs参与AHLs信号转导的研究开辟了新的路径。

关键词：类受体蛋白激酶拟南芥 n-癸酰基高丝氨酸内酯 nO H2O2 PBL28

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