拟南芥类糖基转移酶ABI8调节光形态建成的研究

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植物在种子萌发后会根据所处光环境采取不同的发育模式,即暗中进行暗形态建成,光下进行光形态建成。能否根据光环境做出发育模式的精确选择,对种子萌发后的存活率至关重要。为了完成这一重要的生物学过程,植物进化出了一套复杂的光信号转导网络。暗形态建成和光形态建成一个最大的不同点就是下胚轴细胞伸长程度的不同,细胞壁可能是造成这种差异的直接原因。作为细胞壁的重要结构组分,纤维素能够对植物细胞的形态产生重要影响。因此,研究光对纤维素合成的调控将有助于阐明光形态建成的细胞学本质。  本文以拟南芥为研究对象,对ABI8(ABSCISIC ACID-INSENSITIVE8)在调节光形态建成中的功能进行研究。ABI8,又名ELD1/KOB1,编码一个类糖基转移酶蛋白。形态表型结果表明,abi8功能缺失突变体在黑暗中具有组成型光形态建成表型,在红光、蓝光和远红光下具有增强型的光形态建成表型。ABI8基因表达受到光的抑制,且转录水平的抑制主要依赖于远红光受体光敏色素A(phyA)。同时发现光诱导ABI8蛋白降解,且这种降解可能是由泛素化和26S蛋白酶体降解系统介导的。纤维素含量测定表明,白光和黑暗中abi8突变体中纤维素的含量只有Col野生型中的50%左右,且白光显著抑制纤维素合成。表型模拟实验表明,纤维素合成酶抑制剂DCB处理Col野生型能够模拟abi8突变体的组成型光形态建成表型,且存在剂量效应。分子实验表明,纤维素合成相关基因CESA1、CESA3、CESA6、CESA4、CESA7、CESA8和CSI1(编码一个与CESA6互作的蛋白)在转录水平也受光的抑制。而且发现phyA、 phyB、cry1光受体和HY5转录因子抑制纤维素合成,而COP1促进纤维素合成。实验还发现,HY5转录因子能够直接抑制ABI8及其它纤维素合成相关基因的转录。我们还发现ABI8与COP1在光形态建成中具有加性效应,并且在遗传上ABI8位于phyA,phyB,cry1和HY5的下游。本研究揭示了ABI8是光形态建成的一个负向调控因子,通过促进细胞壁中的纤维素合成来加速细胞伸长生长,进而促进下胚轴伸长生长。ABI8是拟南芥光信号转导途径的必要组分,对植物进行正常生长发育必不可少。探索光调节纤维素合成过程的分子机理,对认识光形态建成下游信号转导途径的组成和机制具有重要意义,为更加全面认识光与植物生长发育的关系提供了新的视角。
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