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《中国科学院研究生院(植物研究所)》 2004年
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一种小G蛋白TaRAN1在植物细胞周期和发育过程中的功能研究

王昕  
【摘要】:小G蛋白作为信号转导中重要的分子开关,进化相当保守,与许多不同的调 控因子和效应器分子相互作用,产生细胞功能的多样性。近年来,人们不断发现 植物中小G蛋白家族的新成员,也不断揭示小G蛋白的新功能,许多植物特有的 信号途径和功能需要小G蛋白这个重要的分子开关来完成,使它越来越成为人们 研究的热点问题。但是,有关植物中Ran GTPase及其编码基因的研究工作报道 很少,对与之相互作用的调控蛋白研究进展也刚刚开始。 TaRAN1(AF488730) 是小麦来源的Ran同源蛋白编码基因,全长1055 bp,编 码221个氨基酸,它在植物发育过程中的功能还没有任何报道。本论文在验证了 它是小G蛋白Ran家族的成员后,从分子水平上还发现它在植物细胞周期调控、 对生长素以及胁迫应答信号转导过程中都起着重要作用,这也说明了它可能作为 信号转导过程中重要的转换因子,参与了很多细胞的基本生理过程。 利用原核表达系统及亲和色谱的方法纯化了TaRAN1融合蛋白,并用放射性 标记的GTP和竞争实验证实了它具有特异的GTP结合活性。TaRAN1的转录产物 在小麦幼茎和花芽等分生组织活动旺盛的器官表达较多,而在老叶中表达较少。 利用洋葱表皮瞬时表达系统分析表现,TaRAN1蛋白主要定位于细胞核,但其没 有典型的核定位信号。 细胞周期一直是生物学领域中的热门问题,人们虽然在动物细胞中取得了很 大进展,但在植物细胞中的研究远落后于动物。裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)是研究细胞形态和细胞周期的良好系统,利用此系统发现超表达IaRAN1 的酵母细胞表现出许多新的细胞学表型,例如G2细胞周期延滞、染色体对紫外线 敏感、细胞超长或多隔细胞的出现等;反义表达TaRAN1的酵母细胞呈近圆型、 具有高度凝集的核并且生长速度缓慢、核质混合和无核细胞的数目明显增加。流 式细胞仪检测实验也证实其细胞周期的异常。这些结果推测TaRAN1蛋白可能参 一种小G蛋白几RANI在植物细胞周期和发育过程中的功能研究 与细胞周期的有丝分裂过程和发育的调控机制,并且在维持染色体结构稳定和完 整性方面起着重要的作用。通过免疫荧光实验观察表明,超表达转基因酵母的微 管多呈异常的狭小扇形结构,反义表达Ta剐N1的酵母微管不能形成丝状结构, 推测殆剧N1还可能参与微管(包括纺锤体)的结构形成过程。最后,我们用超 表达TaRANI的转基因拟南芥和水稻也证实了它的功能,其生长点表现出分生组 织增多的原基、根生长点的有丝分裂指数有所改变、出现异常的细胞分裂时相等 有关细胞周期异常的现象,更进一步说明了殆剐N1确实参与着细胞周期的调控 过程,推测其与细胞周期从G2期进入M期的过程有关。 几尺月NI基因受IAA的诱导表达,且随着浓度的增加表达量增强。超表达的 几尺月NI植株(包括拟南芥和水稻)的根表现出对外源生长素异常敏感,侧根显 著变少,地上部分表现出生长素过量的表现型,顶端优势减弱,分桑增多,生长 周期延长等。HPLC测定转基因植物的IAA含量,明显高于对照。所以,几天月N1 可能还参与了复杂的生长素信号转导过程。几天月N1基因还受各种胁迫处理的诱 导表达,并且超表达植株对胁迫的忍受能力有明显提高,这说明TaRANI还参与 了胁迫信号应答的相应机制。Ran蛋白这些新功能目前还未见到其它报道。 关键词:Ran GTP酶,细胞周期,有丝分裂,裂殖酵母,生长素,胁迫反应,小麦, 拟南芥,水稻 夕
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(植物研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:Q946.1

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