论文摘要
ABA在植物的生长发育中起重要的作用，如可以调控植物的萌发、气孔的开闭及根的生长。尽管ABA信号转导网络中许多重要的分子已被发现，它们功能的阐明揭示了一些植物应对ABA信号的机制。但是迄今为止ABA抑制拟南芥主根生长机制的研究很少，对其中基因表达变化的认识也就更少。 AtPERKs（富含脯氨酸的伸展素类似的受体蛋白激酶）是拟南芥的一类受体型蛋白激酶，这个家族共有15个成员。根据同类基因Brassica napus PERK1的研究结果和生物信息学的分析，拟南芥中的这类家族的蛋白都应该具有三个区段：N-末端含脯氨酸的膜外区，疏水的跨膜区和胞内的激酶区，它们和定位于细胞膜的细胞壁相关蛋白WAKs具有一定氨基酸序列相似性。细胞壁不仅可维持细胞形态，而且在抵御病虫害、感知外界的信号和调节植物的生长发育中起到了重要的作用。Nakhamchik等（2004）推测拟南芥AtPERKs家族的成员应该与WAKs一样具有应答胁迫的功能，通过定位在膜上而对外界各种信号作出相应的反应从而调节植物的生长发育。但是具体这个家族的基因在胁迫信号中的反应还未见报道，本文对拟南芥该家族中一个基因AtPERK4（基因编号：At2g18470）的功能进行了深入的分析。利用分子遗传学和生物化学的方法分析表明了AtPERK4在ABA信号转导中的作用。 基因转录分析表明，AtPERK4表达受ABA的诱导。GUS组织化学分析发现，其表达部位主要发生在根、花和幼叶。与野生型拟南芥比较，AtPERK4的T-DNA插入纯合突变体perk4-1幼苗的根生长和发育都对一定浓度的ABA表现出不敏感性。 通过对其它激素和胁迫的分析发现，perk4-1和野生型拟南芥仅在ABA处理出现明显差异，移入ABA培养基3d，perk4-1幼苗根表现伸长生长，而野生型生长基本被抑制。以互补转基因植物为材料，在根的生长上表现出了野生型的表型，即恢复了ABA处理下根生长被抑制。但是经典的ABA反应如萌发和气孔开闭，perk4-1和野生型拟南芥没有出现大的差异，即突变体与野生型类似。这表明与野生型相比，突变体表现出对ABA专一性的根生长不敏感性。 根部形态分析发现，ABA处理的突变体的根部细胞明显长于野生型的。实时定量PCR在对基因转录分析发现，AtPERK4基因可以调控细胞生长相关基因的表达来抑制根的生长，并有可能启动了ROS胁迫的相关下游传导链参与ABA影响的根生长的调控。 利用报告基因GFP的表达定位，蛋白AtPERK4被最终定位在细胞膜上。通过酵母表达蛋白，试验阐明了AtPERK4蛋白可以自身磷酸化，也可催化底物磷酸化。并且体外试验表明ABA处理后激酶活性明显升高。因此AtPERK4可能通过整合在膜上由其N-末端直接或间接的感受ABA的信号，并通过膜内激酶区发生磷酸化调节下游的基因表达，从而参与抑制拟南芥根细胞的生长。 总之，ABA抑制拟南芥根生长中，AtPERK4参与了ABA的信号转导，通过调控相应基因的转录抑制了根细胞的生长。
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