葉綠體信號新通路及其生理意義的研究

《葉綠體信號新通路及其生理意義的研究》是依託四川大學，由林宏輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：葉綠體信號新通路及其生理意義的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林宏輝
• 依託單位：四川大學

項目摘要

質體信號是國際上近年來興起的研究熱點。它不僅對葉綠體的光合作用具有重要意義，而且對細胞代謝和發育的其他方面還起關鍵調節作用。受質體信號調節的基因主要為核編碼光合基因，以前的研究也主要集中於此，而關於質體信號對細胞總RNA和抗氧化脅迫能力的調控還未有報導。我們已發現鎂原卟啉、血色素和高濃度糖這三種質體信號可以誘導細胞總RNA上升和氧化脅迫回響基因表達。這種誘導主要是通過促進通用轉錄起始因子CBP。本課題擬選用一系列擬南芥突變體，採用抑制劑摻入、啟動子元件突變、染色體共沉澱等方法，研究葉綠素合成前體物質和糖到CBP的信號轉導通路，尤其是轉錄因子AIB4和CBFA在其中的作用。血色素在高等植物中的信號轉導作用屬於首次報導，將作為該課題研究重點。通過對葉綠體信號通路的研究，可以了解植物是如何適應環境，協調葉綠體和細胞核的基因表達，也為農業育種生產中提高光能利用效率提供理論依據。

結題摘要

質體信號是國際上近年來興起的研究熱點。它不僅對葉綠體的光合作用具有重要意義，而且對細胞代謝和發育的其他方面還起關鍵調節作用。以下是我們的研究結果：（1）植物體內總RNA的量相對穩定，但通過我們檢測，發現當NF處理之後，植物體內鎂原卟啉和血紅素的積累，以及高濃度的糖處理，都會誘導植物總RNA含量上升，並且時間是在48h之內。這對於植物抵抗氧化脅迫或者強光等外界脅迫都有十分重要的意義。在總RNA積累的過程中，已糖激酶對於糖處理誘導的總RNA上升是必須的。（2）鎂原卟啉作為葉綠體信號的信號分子是因為當NF處理之後，鎂原卟啉會積累，但這中說法卻受到質疑。通過我們的實驗，提供了新的支撐證據。螢光定量HPLC和雷射共聚焦的實驗結果都證明，當Lhcb基因表達受阻時，鎂原卟啉會大量累積，因此，NF可同時誘導ROS信號和鎂原卟啉信號。（3）質體基因表達被抑制之後，會阻礙細胞核中光合相關基因的表達，但只發生在擬南芥幼苗發育階段的前2-3天。通過我們的檢測，發現當用7%的糖與氯黴素對擬南芥進行協同處理時，能顯著降低植物光合基因Lhcb的表達。但在已糖激酶突變體中，即使用糖和氯黴素同時處理，Lhcb基因的表達仍然不受影響。我們證明了己糖激酶與GUN1蛋白的關係，從而說明己糖激酶將糖信號所誘導的葉綠體信號和PEG信號相聯繫起來。（4）除草劑norflurazon (NF)引發的信號、糖信號和質體基因表達引發信號都參與調控花青素合成，而且花青素合成基因在剛發芽的幼苗中已經表達。糖/PGE信號使花青素的合成在48時翻倍（主要在葉柄部分積累），NF產生的信號是花青素的合成有所提高。質體己糖激酶pHXK與GUN1和ABI4一樣，都參與調控糖/PGE信號途徑。通過對葉綠體信號通路的研究，可以了解植物是如何適應環境，協調葉綠體和細胞核的基因表達，也為農業育種生產中提高光能利用效率提供理論依據。