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拟南芥U-box蛋白PUB13的功能研究

李魏  
【摘要】:泛素化途径在植物体内广泛地参与调控植物的生长、发育和抗病反应。但是目前鲜有报道该途径在偶联植物发育和抗病信号方面的功能。水稻Spl11基因编码一个具有E3泛素连接酶活性的U-box/ARM蛋白。SPL11蛋白负调控水稻对部分细菌和真菌的抗性,同时也通过单泛素化其底物SPIN1调控水稻开花时间。本文主要研究SPL11在拟南芥中同样具有U-box/ARM结构的同源蛋白PUB13的生理和生化功能。通过泛素化反应分析,PUB13表现出E3连接酶活性,并且其U-box结构中的保守氨基酸Va1273为PUB13具有该活性所必需。本研究发现,PUB13的T-DNA插入突变体pub13自发产生类病斑表型,特别是在长日照生长条件下。DAB和trypan blue染色显示,pub13叶片上呈现大量的H202积累和细胞死亡。此外,pub13体内的病程相关基因PR1转录水平及SA含量也大幅增加,因此本研究对该突变体进行了抗病性分析。在长日照条件下,pub13对活体营养型病原菌的抗性增加了,但是对死体营养型病原菌的抗性并无较大变化。为检测SA信号途径对pub13表型的影响,本研究将SA信号途径的组成因子SID2与PAD4分别在pub13体内敲除,获得pub3sid2-2和pub13pad4双突变体。SID2和PAD4的缺失明显地抑制了pub13的H202积累、细胞死亡和抗病表型,说明SA信号为PUB13调控细胞死亡和抗病所必需。此外,本研究还发现湿度也影响pub13的表型,高湿度处理植株后,pub13的细胞死亡和对活体营养型病原菌的抗性进一步增强,对死体营养型病原菌的抗性则被减弱。 本研究还发现PUB13的另外一个重要功能:即参与调控拟南芥的开花。在长日照和中日照条件下,pub13相对于野生型植株具有早花表型,但是在短日照条件下该表型并不明显。此外,PUB13对拟南芥的开花调控也依赖于SA信号途径。由于PUB13与SPL11的氨基酸序列高度相似性,本研究将水稻Spl11基因转化至pub13突变体,发现Spl11可以互补pub13的细胞死亡和开花表型。上述研究结果表明,具有E3泛素连接酶活性的蛋白PUB13能够同时调控植物的细胞死亡、抗病和开花,表明了植物在发育和先天免疫反应方面具有信号交叉,为研究泛素化系统在综合调控植物信号传导中的作用提供了新的线索。


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