擬南芥抗壞血酸生物合成途徑的調控機理.pdf

1、抗壞血酸(AsA)是普遍存在于生物體內的一種高豐度水溶性小分子抗氧化物質，在植物體中，AsA除了具有清除活性氧自由基的作用外，還在植物體光合作用、細胞發(fā)育、乙烯合成以及逆境脅迫應答中起著重要的生物學功能。目前已經(jīng)報道AsA在植物體內具有4條生物合成途徑，包括D-甘露糖/L-半乳糖途徑、糖醛酸途徑、古洛糖途徑和肌醇途徑等。其中，D-甘露糖/L-半乳糖途徑作為植物體內AsA生物合成的主要途徑，對該途徑中的組份分析及功能研究已經(jīng)非常深入，但是

2、，許多關鍵酶基因的調控機理仍不清楚。本研究分別對植物激素脫落酸(ABA)和光信號復合體COP9與AsA生物合成之間的調控關系，以及D-甘露糖/L-半乳糖途徑中關鍵酶基因VTC1（GMPase，GDP-D-甘露糖焦酸化酶）5'UTR（5'Untranslated Regions，5'非翻譯區(qū)）內含子進行了功能分析。主要研究結果如下:
　　1.ABA處理擬南芥野生型和ABI4(ABA insensitive4)相關植株幼苗試驗結果顯示

3、，ABI4介導ABA對擬南芥幼苗生長和AsA的生物合成具有抑制作用，并且促進了過氧化氫(H2O2)和超氧陰離子(O2-)等活性氧物質(ROS)的產生，表明AsA和ROS與ABA對植物生長的抑制作用有關。進一步研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥植株中內源AsA的減少使得植株鮮重下降，ROS含量上升，但同時使用AsA處理后，能夠降低ROS的含量，并且恢復由ABA所引起的植株受抑制表型，表明AsA具有ROS清除功能并可改善ROS所導致的幼苗生長緩慢的作用。轉錄

4、組數(shù)據(jù)分析顯示，ABA轉錄調控了4200多個基因，包括了ROS清除系統(tǒng)和AsA生物合成相關的基因。研究發(fā)現(xiàn)，ABA通過ABI4轉錄抑制AsA生物合成相關基因VTC2的表達，并且證明ABI4直接結合到VTC2啟動子的CCAC元件上。本研究首次發(fā)現(xiàn)了ABI4能調控AsA生物合成途徑，闡釋了ABA對擬南芥幼苗生長抑制作用的分子機制。
　　2.通過生物信息學分析預測了VTC1與CSN5B相互作用的關鍵氨基酸位點Thr12(T12)、Arg

5、13(R13)和Asp27(D27)，進而通過生物化學和遺傳學方法證明了D27是影響植物體內VTC1與CSN5B相互作用的關鍵氨基酸位點。同時，通過對轉基因植株進行試驗，證明了D27突變?yōu)镚lu27(E27)比突變?yōu)锳sn27(N27)更能促進擬南芥幼苗體內AsA含量的積累以及H2O2含量的下降，進而促進擬南芥幼苗的生長。
　　3.研究發(fā)現(xiàn)了VTC1的5'UTR(5'Untranslated Regions，5'非翻譯區(qū))中包含1

6、個內含子，將5'UTR和啟動子不同刪除片段與報告基因GUS融合。通過檢測轉基因擬南芥的GUS活性發(fā)現(xiàn)，這些片段均能啟動GUS的高表達，但將5'UTR中的內含子刪除后，GUS的表達明顯降低，5'UTR自身并不能啟動GUS的表達。序列分析發(fā)現(xiàn)，VTC1的5'UTR內含子包含有多個增強其功能的特征序列，如GATCTG基序。同時，VTC1在擬南芥和水稻的同源基因中同樣具有5'UTR內含子。以上結果表明，VTC1的5'UTR內含子可能具有增強子的