植物水孔蛋白的功能研究

【摘要】：植物水孔蛋白是存在于细胞质膜或者液泡膜上的通透水分的通道蛋白。它 们的发现,使得我们对于植物水分运输有了新的认识。比如,原先的观点认为 水分主要是通过细胞膜的扩散来进出细胞的,而现在发现,水分进出细胞的主 要途径是存在于细胞膜上的水孔蛋白。我们从两个方面对植物水孔蛋白进行了 研究。1.水孔蛋白在蚕豆气孔运动中的作用。2.利用水稻水孔蛋白 rwc3 的启动 子对其在水稻体内的表达和调控进行了研究。 1.水孔蛋白在蚕豆气孔运动中的作用 我们从蚕豆下表皮的cDNA文库中筛选到一个全长的水孔蛋白基因。利用蚕 豆的下表皮作为材料,通过原位杂交,发现水孔蛋白在保卫细胞中有大量的表 达。RT-PCR的结果表明,水孔蛋白在保卫细胞中要比其他叶片组织中的表达量 高。 保卫细胞中有水孔蛋白的存在,但是还没有水孔蛋白在气孔运动中发挥作 用的证据。水孔蛋白的抑制剂明显抑制 PEG6000 诱导的保卫细胞原生质体的收 缩,也抑制ABA和FC诱导的气孔的关闭和开放,ME可以部分的逆转这种抑制作 用。蛋白激酶抑制剂K-252a降低了原生质体的收缩速率,而蛋白磷酸酶的抑制 剂OA可以提高其收缩速率。这表明水孔蛋白的磷酸化可能调控了水分的跨膜运 动。此外,水孔蛋白的转录表达量和气孔运动的速率也是正相关的。总之,我 们的结果表明水孔蛋白参与了调节保卫细胞膜水分通透性,从而参与了调控蚕 豆的气孔运动。 2.水稻水孔蛋白 rwc3 在水稻体内的表达及调控 我们利用GUS报告基因对于水稻水孔蛋白rwc3在水稻体内的表达状况和 调控进行了研究。首先,我们将rwc3的5’上游的大约1.2kb的序列分离下来, 克隆到pCAMBIA1381Z载体中。通过PCR,酶切和DNA测序验证是正确的。 利用农杆菌介导的水稻转化方法,转化水稻(OryzasativaL.No.4Shenxiangjing)。 经过基因组PCR、Southern和GUS组织化学染色分析,表明转化的目的片段已 经整合到水稻基因组中。 GUS 组织化学染色表明,RWC3 在水稻体内的分布是非常广泛的。根、茎、 叶、花和种子中均有表达,并且在根的分生区,根毛区,根毛,叶片维管束附 近,花粉,胚珠和幼嫩的种皮中有丰富的表达。GA可以影响GUS蛋白在转基 因水稻叶片、愈伤组织和悬浮细胞中的表达。在叶片中,GA提高了GUS蛋白 的表达,而内源GA合成的抑制剂ancymidol降低了GUS的表达。在愈伤组织 中,GA可以提高GUS的表达,但是在甘露醇代替蔗糖的培养基中,表达量更 高。在悬浮细胞中,在蔗糖为碳源的AA液体培养基中,GA基本没有影响GUS II WP=6 的表达,但是以甘露醇代替蔗糖后,GA可以提高GUS的表达。经过ancymidol 预处理24hr的悬浮细胞,其GUS表达降低了50%左右,而外源GA处理48hr 后可以恢复GUS的表达水平。39°C的高温和4°C低温同样可以刺激GUS蛋白 表达的提高。 所以我们的结果表明,GA可以提高rwc3启动子的活性,从而提高蛋白在 水稻体内的表达。并且GA对rwc3启动子活性提高受到蔗糖的影响。

【关键词】：水孔蛋白 水稻 蚕豆 气孔运动 赤霉素 启动子
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：Q946
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