擬南芥鈣調(diào)素類(lèi)似蛋白CML24調(diào)控鋁抑制根伸長(zhǎng)的機(jī)制研究.pdf

1、鋁毒害是酸性土壤中影響農(nóng)作物產(chǎn)量的主要限制因子之一。鋁可以顯著抑制植物根的伸長(zhǎng)，其中根尖過(guò)渡區(qū)是鋁的首要毒害部位。各種激素、信號(hào)在根尖匯集形成復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)著根的生長(zhǎng)發(fā)育，而過(guò)多的鋁可以與根細(xì)胞壁結(jié)合影響其延展性，引起質(zhì)膜硬化，破壞細(xì)胞骨架，從而抑制根的伸長(zhǎng)。
　　Ca2+是植物細(xì)胞普遍存在的第二信使，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育和響應(yīng)外界信號(hào)刺激中都起到重要的作用。植物在受到體內(nèi)外各類(lèi)刺激時(shí)，可以引發(fā)體內(nèi)[Ca2+]cyt信號(hào)，激活下

2、游鈣結(jié)合蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路，如完成跨膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)及調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)等，使植物響應(yīng)刺激并在生理生化水平做出相應(yīng)調(diào)整。鋁脅迫也可以誘導(dǎo)根細(xì)胞[Ca2+]cyt的升高，然而，這種鈣信號(hào)與根生長(zhǎng)抑制是否有直接的聯(lián)系并不明確。因此，進(jìn)一步揭示Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)在植物鋁毒中的作用，對(duì)于了解鋁抑制根伸長(zhǎng)的機(jī)制至關(guān)重要。鈣調(diào)素類(lèi)似蛋白家族CMLs是新近發(fā)現(xiàn)的植物中特有的鈣響應(yīng)蛋白家族，在擬南芥中有50多個(gè)成員，但對(duì)它們的生理功能仍知之甚少，而對(duì)于它們

3、是否參與植物鋁毒害響應(yīng)則未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)室前期工作發(fā)現(xiàn)CML家族中的一員CML24，參與介導(dǎo)胞質(zhì)[Ca2+]cyt調(diào)控的花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)，說(shuō)明它是重要的[Ca2+]cyt下游響應(yīng)元件，本文以CML24為研究對(duì)象，以植物根生長(zhǎng)發(fā)育為指標(biāo)，探究CML24是否及如何參與植物鋁毒害脅迫響應(yīng)。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　1、CML24參與鋁抑制根伸長(zhǎng)的過(guò)程。在相同鋁脅迫環(huán)境下，CML24的功能缺失突變體cml24-2的根生長(zhǎng)受鋁的抑制程度

4、比野生型Col-0明顯增加。而該基因功能恢復(fù)株系、過(guò)表達(dá)株系及點(diǎn)突變株系等鋁抑制根長(zhǎng)表型進(jìn)證明這一性狀是由于CML24功能缺失造成的。
　　2、鋁誘導(dǎo)CML24基因在根尖上調(diào)表達(dá)。利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)證明鋁能誘導(dǎo)擬南芥野生型中CML24基因在根尖部位(1,5mm)的上調(diào)表達(dá)，證明CML24基因是植物鋁毒響應(yīng)基因，可能參與介導(dǎo)鋁抑制植物根生長(zhǎng)過(guò)程。
　　3、CML24功能缺失導(dǎo)致鋁在根尖過(guò)渡區(qū)特異性積累，胼胝質(zhì)積累量增加

5、。利用桑色素染色發(fā)現(xiàn)鋁在cml24-2的根尖過(guò)渡區(qū)有特異性積累，鋁誘導(dǎo)的胼胝質(zhì)積累量也增多，而該部位是調(diào)控根生長(zhǎng)的關(guān)鍵部位，也是鋁毒害植物的首要位點(diǎn)。
　　4、CML24功能缺失導(dǎo)致根尖過(guò)渡區(qū)活性氧積累量增加。前人證明CML24蛋白具有鈣離子結(jié)合能力(Tsai et al.，2007)，是鈣下游響應(yīng)器，CML24的功能缺失會(huì)改變胞內(nèi)Ca2+濃度。ROS的產(chǎn)生與Ca2+密切相關(guān)，DCFH-DA染色顯示突變體根尖過(guò)渡區(qū)積累更多的ROS

6、，間接證明了該基因的突變改變了根尖過(guò)渡區(qū)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。
　　5、蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)運(yùn)體可以將蘋(píng)果酸分泌到根細(xì)胞外與鋁結(jié)合，降低鋁對(duì)根的毒害，ALMT1是蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的編碼基因。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)ALMT1的轉(zhuǎn)錄在cml24-2中明顯降低，且胞外分泌的蘋(píng)果酸量也降低。熒光定量PCR檢測(cè)耐鋁關(guān)鍵基因的表達(dá)，麗編碼檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的MATE則無(wú)明顯變化。推測(cè)CML24可能參與鋁脅迫下ALMT1的表達(dá)調(diào)控。
　　綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們推測(cè)CML24參