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拟南芥叶绿体LON4蛋白酶功能研究

李笑一  
【摘要】:植物生长会受到诸多复杂环境因子的影响,比如干旱,冷胁迫,高温,高盐,重金属等。高等植物在长期的进化过程中,为了适应复杂多变的自然环境形成了一系列复杂而精密的自我调节系统。蛋白酶广泛分布于原核和真核生物细胞中,具有各种各样的功能,在植物正常生长和逆境生长过程中起着至关重要的作用。 Lon蛋白酶是一类依赖ATP的丝氨酸蛋白酶。拟南芥基因组中有4个编码Lon的基因,通过GFP定位分析,Lon1和Lon4既定位于叶绿体又定位于线粒体,Lon2和Lon3定位于线粒体中。我们从SALK拟南芥突变体库中筛选到的T-DNA插入突变体lon4为材料,通过GFP瞬时表达发现LON4既定位于叶绿体又定位于线粒体。研究了突变体lon4对干旱胁迫的响应,取得如下的研究结果: 在正常生长条件下,突变体lon4与野生型生长速率一致,表型上没有差异。在正常供水条件下,突变体lon4叶绿素含量、光合效率没有受到任何影响,突变体中光合蛋白复合体结构和功能没有发生变化。当干旱胁迫下,突变体lon4比野生型对干旱胁迫的耐受性差。干旱胁迫后恢复浇水,植株可以正常生长,但是突变体lon4要比野生型生长缓慢。通过对野生型和lon4突变体植株的水分含量和失水率进行分析发现,二者的叶片含水量变化差异不大,而突变体lon4含水量随着干旱处理时间的延长其下降幅度明显高于野生型,由此推测突变体对干旱耐受性差的主要原因是突变体叶片的保水能力差造成的。 在干旱胁迫后,野生型和突变体的脯氨酸和可溶性糖的含量都急剧增加,但是野生型明显要高于突变体。干旱诱导的膜脂过氧化是造成植物细胞膜受到损伤的关键因素,而膜损伤又是导致植物组织伤害和衰老的重要诱导因素。干旱胁迫导致植物体内H202含量增加是导致突变体lon4比野生型膜质过氧化程度严重的重要原因。干旱胁迫下植物体内SOD、CAT、APX活性的增加,lon4突变体中SOD活性明显高于野生型,对CAT和APX活性的影响较小。干旱胁迫下野生型和lon4突变体内源激素细胞分裂素(ZR)和赤霉素(GA)含量均有所降低,但是二者差别不大。 显微镜下观察突变体lon4和野生型二者表皮气孔差异发现,干旱胁迫下,野生型有明显的气孔闭合现象减少失水,lon4突变体的气孔无法正常闭合,从而导致突变体的保水能力差造成的。当植物遭受干旱胁迫时,ABA的一个重要作用是调控气孔闭合来保护植株。ABA的积累lon4突变体要明显低于野生型,这表明LON4蛋白可能参与ABA信号途径中的蛋白降解。


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1 李笑一;拟南芥叶绿体LON4蛋白酶功能研究[D];兰州大学;2010年
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