论文题目: 蚕豆类水孔蛋白基因的克隆、表达分析及其在气孔运动中的作用
论文类型: 博士论文
论文专业: 植物学
作者: 崔香环
导师: 王学臣
关键词: 水孔蛋白,气孔运动,蚕豆,拟南芥
文献来源: 中国农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 气孔是植物进行气体交换的门户,其启闭程度对植物的蒸腾和光合作用等具有重要的调控作用,因此气孔运动机理的研究一直很受关注。在保卫细胞信号转导、胞质中的渗透调节物质、离子通道、受体以及细胞骨架等几个方面已进行了大量的研究。然而有关水分运输调节气孔运动的研究相对较少。植物中水孔蛋白的发现为气孔运动过程中水分运输调节的研究提供了新的思路。 水孔蛋白是一类运输水的通道蛋白,普遍存在于动物、植物、细菌及昆虫中。在植物体内主要存在四种类型的水孔蛋白:质膜水孔蛋白（PIPs）、液泡膜水孔蛋白（TIPs）、与大豆根瘤菌周膜上水通道蛋白NOD26类似的通道蛋白NLMs（NOD26-like-MIPs）及小分子量的膜内在蛋白（SIPs）。四种水孔蛋白的活性、亚细胞定位、在细胞信号转导过程中的调控方式以及其详细功能仍有待于进一步深入研究。 虽然目前已分离出多种水孔蛋白基因,但其研究主要集中在根中。我们实验室的研究已初步表明,蚕豆保卫细胞中存在水孔蛋白,并参与了气孔运动的调节,但究竟哪些水孔蛋白在保卫细胞中存在并起作用至今仍不清楚。为此我们以蚕豆叶片表皮为材料,分离出1个蚕豆类水孔蛋白基因VfPIP1,并对其氨基酸序列的特性、表达模式及定位进行了分析;同时构建了一个植物超表达载体,转化了拟南芥,对VfPIP1在转基因拟南芥中的作用进行了初步研究。主要结果如下: 根据植物质膜水孔蛋白存在的几个保守区设计兼并引物,利用RT-PCR和RACE技术,从蚕豆叶片表皮中克隆到一个类水孔蛋白基因,命名为VfPIP1。序列分析表明,它的全长1.039kb,包含47bp的前导序列、870bp的开放阅读框及122bp的3′-非编码区,编码290个氨基酸,分子量约30.7kD。氨基酸序列分析表明,VfPIP1不仅具有MIP家族的信号序列（SGXHXNPAVT）,而且具有质膜水孔蛋白的特征信号序列（GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN）。此外,VfPIP1还具有水孔蛋白典型的6个跨膜区,与已鉴定的拟南芥质膜水孔蛋白AtPIP1b的氨基酸同源性可高达84.48%,应属于PIP1亚家族成员。 Northern blot分析表明,VfPIP1在根、叶中的表达较茎中的高。并且其表达受ABA诱导;用原位杂交技术对VfPIP1在叶中进行了组织定位,结果显示,VfPIP1在保卫细胞中的信号最强。 为了研究VfPIP1的功能,用农杆菌介导法将该基因导入拟南芥中,获得了转基因植株,并比较了转基因植株与野生型植株在抗旱能力及气孔对光、暗、ABA和CaCl2的反应差异。结果表明转基肉拟南芥蒸腾速率下降,抗旱能力增加,并加快了光诱导的气孔开放及暗、ABA和CaCl2诱导的气孔关闭。这些结果表明蚕豆内源VfPIP1确实在水分运输中起着重要作用,并且主要通过提高气孔反应的灵敏度来加快气孔关闭,以减少植物的蒸腾,进而维持水分亏缺时的水分平衡。 本研究首次从蚕豆叶片表皮cDNA中克隆到一个类水孔蛋白基因VfPIP1,且能调控气孔运动。虽然气孔运动受多种胞内和胞外因子调控,但每一条途径都离不开水分的调节。迄今为止,在气孔开放和关闭过程中,水孔蛋白的作用及调控机制仍不消楚,均有待进一步研究。
论文目录:
中文摘要
Abstract
目录
缩写词
第一章 水孔蛋白的研究进展
1．1 水孔蛋白的发现和分布
1．2 水孔蛋白的结构
1．3 水孔蛋白的分类
1．3．1 动物中水孔蛋白的分类
1．3．2 植物中的水孔蛋白(以拟南芥为例)
1．4 植物水孔蛋白的作用
1．5 植物水孔蛋白活性的调节
1．5．1 基因水平的调节
1．5．2 时空表达调节
1．5．3 翻译后水平的调节
1．5．4 亚基之间的相互作用
1．5．5 其它调节机制
1．6 ABA与水孔蛋白
1．6．1 ABA调节植物对水分胁迫的响应
1．7 气孔运动与水孔蛋白
1．7．1 保卫细胞中存在水孔蛋白
1．8 选题意义及其依据
第二章 蚕豆保卫细胞水孔蛋白基因VfPIP1的克隆及其表达特性研究
2．1 实验材料与方法
2．1．1 实验材料
2．1．2 主要仪器和常用试剂
2．1．3 所需试剂
2．1．4 试验方法
2．2 实验结果与分析
2．2．1 蚕豆VfPIP1基因EST的克隆
2．2．2 蚕豆叶片表皮VfPIP1的全长cDNA克隆
2．2．3 蚕豆叶片表皮VfPIP1的序列特性
2．2．4 VfPIP1表达的器官特异性分析
2．2．5 VfPOP1表达的组织定位分析
2．2．6 蚕豆叶片表皮其它水孔蛋白的发现
2．3 讨论
2．3．1 VfPIP1届于PIP1亚家族成员
2．3．2 VfPIP1可能介导了保卫细胞的水分跨膜运输
2．3．3 VfPIP1可能参与了植物水分平衡的调节
2．3．4 保卫细胞中可能存在多种水孔蛋白
第三章 蚕豆保卫细胞类水孔蛋白VfPIP1的功能研究
3．1 材料和方法
3．1．1 实验材料
3．1．2 主要仪器和常用试剂
3．1．3 常用培养基
3．1．4 实验方法
3．2 结果和分析
3．2．1 过表达VfPIP1载体的构建
3．2．2 重组质粒对农杆菌的转化及农杆菌对拟南芥的转化
3．2．3 拟南芥T1代阳性植株的Kan抗性筛选
3．2．4 拟南芥T1代阳性植株的基因组鉴定
3．2．5 拟南芥T2代阳性植株中VfPIP1的mRNA表达鉴定
3．2．6 转基因拟南芥苗的表型分析
3．2．7 转基因拟南芥苗的抗旱性分析
3．2．8 转基因拟南芥降低了蒸腾速率
3．2．9 VfPIP1基因对拟南芥气孔运动的影响
3．3 讨论
3．3．1 VfPIP1参与了气孔运动的调控
3．3．2 VfPIP1在根的生长发育中起着重要作用
3．3．3VfPIP1可维持蚕豆在水分缺乏条件下的水分平衡
3．3．4 VfPIP1促进了转基因植物的生长
结论
参考文献
致谢
个人简介
发布时间: 2005-06-13
参考文献
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