《復甦植物牛耳草脫水脅迫下內質網應激反應的調控機制》是王波為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的青年科學基金項目
基本介紹
- 中文名：復甦植物牛耳草脫水脅迫下內質網應激反應的調控機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王波
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
內質網質量控制(ER-QC)是維護內質網基質中蛋白的合成和轉運動態平衡的重要機制。細胞受脅迫時，ER-QC平衡機制被打破引發內質網應激反應(ER stress response)。但過度的內質網應激反應會導致細胞凋亡。復甦植物牛耳草在乾旱鍛鍊後葉片獲得耐乾性，細胞嚴重脫水時雖然發生內質網應激，但仍可存活並復甦，其中機制尚未見報導。針對此科學問題，本項目擬進行三方面研究：①脫水程度與內質網應激及細胞凋亡發生的時間和程度之間的對應關係；②乾旱鍛鍊前後的牛耳草葉片中，內質網應激誘導劑處理對耐脫水性和細胞凋亡發生程度及相關基因表達的影響；③內質網應激信號途徑和ER-QC的關鍵成分在乾旱鍛鍊前後的牛耳草脫水脅迫下的表達調控與功能及作用機制。本研究首次關注復甦植物在脫水脅迫下細胞內蛋白摺疊轉運的動態平衡重建的機理，將從控制內質網應激反應、抑制細胞凋亡的角度擴展和加深對復甦植物耐乾復甦機制的理解。
結題摘要
內質網質量控制(ER-QC)是維護內質網基質中蛋白合成和轉運動態平衡的重要機制。本項目針對復甦植物牛耳草的ER-QC 調控機制進行研究，並獲得以下主要研究結果： 1. 在前期脫水脅迫誘導的牛耳草轉錄組數據分析的基礎上，重點比較了牛耳草在不同脫水條件下的細胞死亡、自噬的細胞學特徵和自噬標記基因表達水平，及蛋白QC基因表達水平 。結果顯示，未乾旱端鍛鍊的植株在快速脫水處理後大量細胞死亡，乾旱鍛鍊的植株中，快速脫水引起的細胞死亡被抑制；未乾旱鍛鍊植株中自噬不明顯，乾旱鍛鍊的植株中自噬更加活躍；未乾旱鍛鍊植株在快速乾旱時編碼定位於細胞質、葉綠體和細胞核的分子伴侶基因表達受抑制，UPR基因表達顯著上調，乾旱鍛鍊的植株在快速乾旱時前述基因高水平表達，而UPR基因表達被抑制。 2. 克隆牛耳草中UPR途徑關鍵因子基因BhbZIP60，並分析其在耐脫水性中的功能。結果顯示BhbZIP60與其同源基因一樣存在 mRNA剪下方式；BhbZIP60剪下形式過表達賦予轉基因擬南芥耐受水分脅迫能力，並且使擬南芥中BiP2、BiP3、CNX1 和 sPDI基因表達上調；並能部分互補擬南芥bzip60的分子表型。BhbZIP60未剪下和剪下形式mRNA水平在脫水脅迫和內質網應激條件下均上升，且未剪下和剪下形式蛋白均可以進入細胞核。BhbZIP60未剪下和剪下形式蛋白均能與ERSE和ERSE-II元件互作。 3. 克隆牛耳草中CPR途徑熱激蛋白基因BhHSP70-1，並分析其在QC調控中的作用，分析證明BhHSP70-1確實定位於細胞質和細胞核。其表達受脫水、甘露醇、熱激、NaCl和ABA處理誘導。BhHSP70-1過表達賦予轉基因擬南芥主根長度增加的表型，在正常生長條件及甘露醇、PEG和ABA處理下轉基因株系主根長度長於野生型植株主根長度。BhHSP70-1過表達促進Hsp90.1和HsfA7a的表達，說明該基因可能參與CPR途徑。同時BiP1、BiP2、BiP3、CNX1、CRT1等UPR途徑標誌基因也上調，表明該基因同時也影響了ER中蛋白質QC。 本研究首次證明細胞質和ER中的蛋白質QC調控同時參與了復甦植物牛耳草對脫水脅迫的耐性反應，因此從蛋白質穩定和細胞凋亡與自噬的調控的角度擴展和加深了對復甦植物耐脫水復甦機制的理解。
