擬南芥鈣信號感受鹽脅迫的分子機制研究

《擬南芥鈣信號感受鹽脅迫的分子機制研究》是依託杭州師範大學，由蔣中浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：擬南芥鈣信號感受鹽脅迫的分子機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔣中浩
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

植物生長過程中，鹽脅迫作為主要的非生物脅迫，影響著地球上大多數植物的生存。研究植物對鹽脅迫的耐受並以此改良農作物極其重要。外界環境的刺激通過鈣信號途徑可以調節基因的表達。鈣信號的產生是鈣離子通過膜上的鈣離子通道，從細胞的外部空間及細胞內部的存儲單位釋放到細胞質基質中，導致細胞質基質中鈣離子濃度增加。膜上的鈣離子通道可調節細胞質基質中自由鈣離子濃度。在很多脅迫激活的信號途徑中，都可發現細胞質基質中鈣離子濃度的升高。然而，植物是如何感受這些環境脅迫，並且因此導致細胞質基質中鈣離子升高的機制至今還不清楚。本研究通過使用在擬南芥里穩定表達對鈣離子敏感的水母發光蛋白，利用鹽脅迫對感受器感受途徑的作用機制進行研究。通過篩選擬南芥中在鹽脅迫條件下缺失早期鈣信號回響的EMS誘變突變體sic1和sic2，試圖發現植物細胞中鹽的感受器或被鹽特異性誘導的鈣離子通道，為進一步研究植物的抗鹽脅迫途徑奠定了理論基礎。

結題摘要

植物生長過程中，鹽脅迫作為主要的非生物脅迫，影響著地球上大多數植物的生存。研究植物對鹽脅迫的耐受並以此改良農作物極其重要。外界環境的刺激通過鈣信號途徑可以調節基因的表達。鈣信號的產生是鈣離子通過膜上的鈣離子通道，從細胞的外部空間及細胞內部的存儲單位釋放到細胞質基質中，導致細胞質基質中鈣離子濃度增加。膜上的鈣離子通道可調節細胞質基質中自由鈣離子濃度。在很多脅迫激活的信號途徑中，都可發現細胞質基質中鈣離子濃度的升高。然而，植物是如何感受這些環境脅迫，並且因此導致細胞質基質中鈣離子升高的機制至今還不清楚。本研究通過使用在擬南芥里穩定表達對鈣離子敏感的水母發光蛋白，利用鹽脅迫對感受器感受途徑的作用機制進行研究。通過篩選擬南芥中在鹽脅迫條件下缺失早期鈣信號回響的EMS誘變突變體sic，試圖發現植物細胞中鹽的感受器或被鹽特異性誘導的鈣離子通道。研究過程中，我們發現sic1突變體在細胞鈣信號傳導中對鹽脅迫具有特異性，通過圖位克隆我們得到了該突變體突變位點，克隆基因並進行了生物信息學分析，發現其蛋白具有5個跨膜結構域。通過基因互補實驗以及超表達實驗分析，互補株系以及超表達株系的鈣信號又恢復正常。利用FERT方法，同樣發現了sic1突變體中鈣信號傳遞過程丟失。對SIC1基因的組織定位和亞細胞定位進行了分析，其主要表達在幼苗的根和子葉中，在細胞內定位於高爾基體。分析突變體在鹽脅迫下的根長及鮮重等生理表型，發現其生長狀態明顯弱於野生型，在互補株系中又恢復了正常。所有的研究結果都表明SIC1基因在鹽脅迫條件下對植物鈣信號的傳遞具有極其重要的作用。其作用機理需要進行進一步研究，為研究植物的抗鹽脅迫途徑奠定理論基礎。