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脯氨酸/P5C循环对拟南芥水杨酸信号及过敏反应的影响
Alternative TitleThe effect of proline/P5C cycle in SA signaling and hypersensitive response in Arabidopsis
章月琴
Subtype博士
Thesis Advisor华学军
2011
Degree Grantor中国科学院植物研究所
Keyword脯氨酸 脯氨酸脱氢酶 水杨酸 脯氨酸/P5C 循环 PR 基因 过敏反应
Abstract脯氨酸积累作为一种重要的环境胁迫适应机制在过去的半个多世纪中一直在植物抗逆生物学的研究中倍受关注,而近来一个正在出现的研究热点是脯氨酸代谢途径上的脯氨酸/P5C 循环在环境胁迫中的调控和功能。与动物细胞相似,植物细胞中也存在着脯氨酸/P5C 循环,即脯氨酸降解产物P5C[脯氨酸脱氢酶(PDH)催化]可以被运到细胞质中,重新合成为脯氨酸[吡咯琳-5-羧酸还原酶(P5CR)催化]。这一循环通过将脯氨酸降解产生的电子转运到线粒体中电子传递链合成ATP 或活性氧。报道表明,avirulent 病原菌Pst DC300(avrRpm1 和avrRpt2)侵染拟南芥能够通过诱导吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)2 基因的表达而使脯氨酸积累,且脯氨酸脱氢酶(PDH)基因在植物过敏反应中被诱导表达,导致ROS 的积累进而参与植物的抗病反应,并推测脯氨酸/P5C 循环可能在植物抗病反应中起重要作用。本论文的研究目的是通过生理学和分子遗传学的手段研究脯氨酸及脯氨酸/P5C 循环在诱导水杨酸信号和植物抗病反应中的作用。 结果表明,外源脯氨酸可以诱导由NDR1 介导的水杨酸信号转导和PR(pathogen-related)基因的表达,并且在这一过程中有活性氧和钙信号的参与。进一步实验表明,脯氨酸对PR 基因的诱导是依赖于PDH 的,意味着脯氨酸/P5C循环可能与此有关。然而,脯氨酸却不能诱导茉莉酸信号途径。 同时内源脯氨酸含量在avirulent 病原菌侵染时也得到诱导,有意思的是,不积累脯氨酸的p5cs2,P5CS2 基因的T-DNA 插入失活突变体,对病原菌超敏感。说明脯氨酸积累参与植物抗病反应。 为了研究脯氨酸及脯氨酸/P5C 循环的作用机制,我们利用外加脯氨酸可以诱导脯氨酸/P5C 循环活性,产生线粒体中的活性氧(ROS),从而抑制拟南芥幼苗生长这一现象,从T-DNA 拟南芥突变体库中,筛选到了抗脯氨酸的突变体pre2(proline resistance 2)。研究发现pre2 的内源脯氨酸含量略微高于野生型,表明pre2抗脯氨酸表型并不是由于脯氨酸吸收缺陷导致的。 脯氨酸、水杨酸处理和avirulent 病原菌侵染可以诱导PDH 基因表达,使脯氨酸/P5C 循环活性增加。但在pre2 中这种增加比野生型少,会使线粒体内产生的ROS 减少。使得突变体表现出抗脯氨酸和对病原菌超敏感的表型。 在病原菌Pst DC3000 (Rps4)侵染后,pre2 叶片产生的活性氧明显少于野生型,过敏反应也显著减少。基于以上结果,我们提出病原菌诱导的脯氨酸积累可能通过脯氨酸/P5C 循环诱导线粒体中的活性氧的产生,进而参与到植物的过敏反应中。本研究的成果从脯氨酸代谢途径的新视角来揭示脯氨酸积累的本质和功能,也将丰富我们对植物代谢对环境胁迫的响应的认识。
Pages111
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/11941
Collection中科院北方资源植物重点实验室
Affiliation中国科学院植物研究所
First Author AffilicationInstitute Of Botany,The Chinese Academy Of Cciences
Recommended Citation
GB/T 7714
章月琴. 脯氨酸/P5C循环对拟南芥水杨酸信号及过敏反应的影响[D]. 中国科学院植物研究所,2011.
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