《類受體蛋白激酶在苔蘚植物適應極地環境中的作用》是依託山東大學，由張鵬英擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：類受體蛋白激酶在苔蘚植物適應極地環境中的作用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張鵬英
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
類受體蛋白激酶在植物生長發育、激素信號轉導和脅迫回響中發揮著至關重要的作用，是近年來生物學領域研究的熱點內容。本研究以南極苔蘚轉錄組為基礎，從基因組水平上篩選與低溫脅迫相關的類受體蛋白激酶，克隆這些基因的全長序列，分析其結構和功能；利用半定量PCR和實時定量PCR技術研究這些類受體蛋白激酶基因在低溫、高鹽和乾旱脅迫下的表達模式；利用原核表達體系異源表達類受體蛋白激酶，研究其酶學性質；通過類受體蛋白激酶-GFP融合蛋白在南極苔蘚原生質體中的瞬時表達，分析這些基因的亞細胞定位；通過擬南芥這一模式植物並結合分子生物學和反向遺傳學等研究手段，研究轉基因擬南芥植株在脅迫下的表型和相關信號通路關鍵基因時空表達特徵，以及組織和發育階段的時空表達模式，闡明這些類受體蛋白激酶基因的功能；揭示這些類受體蛋白激酶在南極苔蘚適應極端環境中的作用，為促進南極苔蘚基因資源的實質開發和農林作物改良等方面提供理論基礎。
結題摘要
苔蘚是南極大陸主要的植物類群，其逆境適應機理仍不清楚。類受體蛋白激酶（Receptor-Like Kinases, RLKs）作為最初感知外界環境變化和傳導信號的受體，可能在南極苔蘚適應極地嚴酷環境過程中發揮著關鍵性作用。根據脅迫條件下基因表達情況和轉基因擬南芥的表型特徵，選擇了4個RLKs進行了深入研究。 1、PnRLK-1為全長426胺基酸的胞內RLK類受體蛋白激酶，主要表達於細胞質內，少部分在細胞膜上；過表達PnRLK-1的擬南芥對鹽脅迫和氧化脅迫的抗性增加，對脫落酸敏感性升高；鹽脅迫下，過表達系植株抗氧化酶的轉錄及活性均顯著升高，且其脫落酸途徑關鍵基因的轉錄明顯增加。因此，PnRLK-1通過增強植株對脫落酸的敏感性和提高抗氧化酶活性，來提高植株對鹽脅迫的抗性。 2、PnLecRLK1為全長694胺基酸的凝集素樣類受體蛋白激酶，主要在細胞膜上表達；過表達PnLecRLK1的擬南芥對低溫脅迫的抗性增強，上調了CBF途徑基因的表達；過表達PnLecRLK1的擬南芥對鹽脅迫的抗性降低、對脫落酸的敏感性增強，其脫落酸途徑的關鍵基因轉錄顯著升高；因此，PnLecRLK1可能分別通過CBF和脫落酸兩個信號途徑來調節植株對低溫和鹽脅迫的抗性。 3、PnLRR-RLK-1為全長1154胺基酸的富含亮氨酸類受體蛋白激酶，主要在細胞膜上表達；過表達PnLRR-RLK-1增強了擬南芥對鹽脅迫的抗性，降低了對脫落酸敏感性。機制研究表明，該基因通過抑制脫落酸途徑相關基因的表達，降低植株對脫落酸敏感性，從而提高了植物對鹽脅迫的抗性。 4、PnLRR-RLK-2為全長620胺基酸的富含亮氨酸類受體蛋白激酶，主要在細胞膜上表達。對PnLRR-RLK-2蛋白進行了原核表達和蛋白純化，激酶活性檢測發現該蛋白具有較強的底物磷酸化活性。過表達該基因的擬南芥對鹽脅迫和H2O2脅迫抗性增加，對脫落酸的敏感性降低；同時，過表達該基因的小立碗蘚對鹽脅迫抗性增加和對脫落酸的敏感性降低，與轉基因擬南芥表型類似。機制研究表明，該基因主要通過增強抗氧化酶活性和增強脫落酸信號途徑和HKT1離子通道，來提高植物對鹽脅迫的抗性。 本課題研究了不同類型的類受體蛋白激酶的功能，對於揭示南極苔蘚適應極端環境的分子機制、促進南極苔蘚基因資源的開發利用和農林作物改良等具一定的科學意義。
