《植物赤黴素糖基化修飾分子機制研究》是依託山東大學，由侯丙凱擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：植物赤黴素糖基化修飾分子機制研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：侯丙凱
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物合成和代謝對赤黴素活性的調控作用已了解的比較清楚，但在植物界廣泛存在的赤黴素糖基化修飾對赤黴素活性有何作用？糖基化修飾能否調控以及如何調控赤黴素的活性並進而影響植物的生長發育? 這些一直是赤黴素研究領域多年來懸而未決的科學問題。本項目以模式植物擬南芥為材料，試圖首先鑑定和克隆赤黴素糖基化關鍵酶基因，然後通過基因過表達、基因敲除等反向遺傳學手段來操縱赤黴素糖基化水平，進而研究糖基化對植物體內赤黴素的活性水平、赤黴素合成與代謝基因的表達、赤黴素信號轉導以及對植物體生長發育的影響，從而了解赤黴素糖基化修飾在維持赤黴素活性的動態平衡以及發揮生物學效應的複雜分子機制。本研究從糖基化修飾這一新的視角來揭示赤黴素代謝調節及平衡機制，對於全面掌握赤黴素調控植物生長發育的基本規律具有重要科學意義。
結題摘要
通過三年的研究工作，已經從擬南芥糖基轉移酶家族1中克隆了近40個基因。這些基因包括受赤黴素誘導的11個糖基轉移酶基因、與赤黴素結構類似物甜菊醇的糖基轉移酶基因序列一致性較高的13個基因、以及家族1中的其他20個基因。從國際擬南芥種子中心購買了40多個糖基轉移酶基因的突變體，目前已全部鑑定出突變體純合體。發現其中一個突變體（UGT87A2突變體）表現出晚花表型。但對該糖基轉移酶進行酶活性檢驗時，該酶並不能糖基化修飾赤黴素。進一步的研究發現，該酶通過某種方式顯著上調了開花抑制基因FLC的表達，相應導致了開花促進因子SOC1、FT、LFY、AP1等基因的下調，因而引起植物晚開花，該項研究的結果已經發表在New Phytologist (2012)。將以上克隆的40多個基因全部構建成了原核表達載體，然後在大腸桿菌中進行誘導表達。經過蛋白純化，目前已經獲得了30多個基因的酶蛋白。初步建立並最佳化了針對赤黴素等激素的酶促反應條件和HPLC分析條件，利用純化的這些酶蛋白對赤黴素、生長素等激素進行了廣泛的酶活性篩選。由於本項目的探索性很強，要篩選的糖基轉移酶基因數量龐大，雖然經過艱苦的研究和大量的酶活性篩選，但目前在現有的酶中仍未發現針對赤黴素的糖基轉移酶。然而，在項目執行過程了發現了一個新的生長素糖基轉移酶基因UGT1。糖基轉移酶UGT1能夠催化IAA、IBA、IPA等生長素髮生糖基化。通過比較不同生長素的轉化率，發現該酶催化生長素糖基化的效率由高到低依次為IBA、IPA、IAA、NAA、2,4-D、ICA。獲得了UGT1基因的過表達體和T-DNA插入突變體，結果發現該基因的過表達顯著降低了擬南芥葉柄的角度，並造成葉子的捲曲。另外，UGT1突變體的根對外源生長素的抑制作用更加敏感，而過表達體相對不敏感。實驗說明糖基轉移酶UGT1在細胞內可能通過糖基化修飾造成了生長素的失活，該糖基轉移酶在調節植物對生長素的反應方面有重要作用。依託本項目對植物糖基轉移酶基因的研究結果，已經發表了影響因子為6.0以上（New Phytol）、5.0以上 (J Exp Bot)、4.0以上 (Plant Cell Physiol) 和3.0以上 (Planta) 四篇論文。該研究工作為繼續鑑定和最終發現赤黴素的糖基轉移酶基因奠定了基礎。
