Ca+-CaM活化型蛋白激酶在ABA诱导的玉米叶片抗氧化防护过程中的作用

论文摘要

植物激素脱落酸（abscisic acid, ABA）不仅在植物的生长发育过程中而且还在植物对各种环境胁迫的反应中起重要作用。ABA可以引起活性氧（reactive oxygen species,ROS）的产生,诱导抗氧化基因的表达,提高植物抗氧化防护能力。ABA, ROS都可以使总蛋白蛋白激酶活性和Ca2+依赖型蛋白激酶活性增加,这其中CaMK有明显的贡献作用,因此CaMK调节着植物对多种胁迫反应的生理过程。ROS在ABA诱导的抗氧化防护过程中起重要作用。然而,有关ABA诱导抗氧化防护的详细机制仍有待阐明。本文以玉米叶片为材料,研究了在ABA诱导的抗氧化防护过程中CaMK的作用以及ABA, H2O2与CaMK之间的关系。采用激酶活性测定方法,研究发现ABA, H2O2和水分胁迫均可以使总蛋白激酶活性和Ca2+依赖型蛋白激酶活性显著增加。这种增加效应可被活性氧清除剂或抑制剂弱化。蛋白激酶抑制剂不仅可以抑制激酶总活性的上调,而且能够抑制ABA或H2O2以及水分胁迫诱导的抗氧化防护酶活性的增加。研究结果亦显示,ABA或H2O2以及水分胁迫诱导的激酶活性增加明显居先于抗氧化防护酶活性的上升。利用Ⅲ型组蛋白（HistoneⅢ-S）作为底物,采用凝胶激酶分析方法,研究发现ABA和H2O2均分别可以诱导一组分子量为66 kD、52 kD、49 kD和35 kD的蛋白激酶活化,并且都具有时间和剂量效应,其中以52 kD蛋白激酶最为显著。而水分胁迫仅能活化52 kD蛋白激酶,且呈现出时间和剂量效应。进一步研究发现、52 kD蛋白激酶具有钙调素（calmodulin,CaM）激活特性,且表现出对动物CaMKⅡ（CaM dependent protein kinaseⅡ）抑制剂KN93和CaM拮抗剂W-7的敏感性。用ABA, H2O2和PEG处理玉米离体植株,不仅可以活化52 kD蛋白激酶、上调玉米叶片总蛋白激酶和Ca2+依赖型蛋白激酶活性,而且可以诱导总抗氧化防护酶包括过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶和超氧化物歧化酶活性的增强。这种上调作用可以被CaMK抑制剂和活性氧抑制剂与清除剂阻止。用CaMK抑制剂预处理,结合采用二甲基联苯胺（3,3-diaminobenzidine DAB）染色的组织化学和CeCl3染色的细胞化学方法研究结果显示,亦可以显著抑制ABA诱导的H2O2的产生。本文研究还发现内源活性氧积累为ABA激活52kD蛋白激酶所必需.另外,抑制52 kD蛋白激酶活性可以弱化ABA诱导的活性氧产生以及ABA对抗氧化防护酶活性的上调。推测ABA诱导的抗氧化防护信号转导途径中,52 kD蛋白激酶在H2O2上游和下游均起作用,而且主要在ABA和H2O2之间起作用。本文的研究发现水分胁迫能够上调玉米叶片总蛋白激酶活性与抗氧化防护酶活性,但是水分胁诱导ABA和H2O2的积累为这一过程所必需。时间进程分析显示激酶活性增加亦显著居先于抗氧化防护酶,以钙依赖型蛋白激酶最为明显。用蛋白激酶抑制剂预处理可以降低水分胁诱导抗氧化防护酶活性的增加且抑制活性氧的产生。这些数据表明,蛋白磷酸化广泛参与了植物细胞水分胁迫诱导的抗氧化防护作用,多种蛋白激酶对水分胁迫诱导的抗氧化防护反应起贡献作用,推测52 kD钙调素依赖型蛋白激是参与抗氧化防护反应的一个具体蛋白激酶。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略语词汇表
• 第一章 文献综述
• 1. 植物激素脱落酸
• 2. ABA与活性氧
• 3. ABA与质膜NADPH氧化酶
• 4. ABA诱导抗氧化防护酶基因表达
• 5. ABA对抗氧化防护酶活性和非酶还原性抗氧化剂的影响
• 6. ROS在ABA对抗氧化防护系统诱导过程中的信号作用
• 2+之间的信号"交谈"'>7. ROS与Ca²⁺之间的信号"交谈"
• 8. CaM/CaMK研究进展
• 9. 结论与展望
• 10. 研究的目的及研究内容
• 第二章 52kD钙调素激活型蛋白激酶参与ABA诱导的抗氧化防护作用
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 材料与方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 ABA处理对玉米叶片细胞蛋白激酶活性影响
• 2.2 多种蛋白激酶对ABA引起的激酶活性变化起贡献作用
• 2.3 ABA诱导的激酶活性变化对KN-93和W-7敏感
• 2.4 ABA诱导的抗氧化防护酶活性增加可被多种蛋白激酶抑制剂所抑制
• 2.5 ABA处理激活了一组蛋白激酶
• 2.6 ABA处理活化的蛋白激酶对多种蛋白激酶抑制剂敏感
• 2+依赖的CaM活化的蛋白激酶'>2.7 ABA处理激活的52kD的蛋白激酶是一种Ca²⁺依赖的CaM活化的蛋白激酶
• 2.8 52kD蛋白激酶的生物化学特征
• 2.9 52kD蛋白激酶的激酶活性可被W-7和KN-93抑制
• 2.10 52kD蛋白激酶对不同底物磷酸化作用及其对KN-93和W-7敏感性
• 2.11 52kD蛋白激酶的底物磷酸化与自磷酸化作用的迁移率均不具备典型的CDPK特征
• 2.12 52kD蛋白激酶参与ABA诱导的抗氧化防护作用
• 3. 讨论
• 2O₂参与ABA诱导的52kD钙调素激活型蛋白激酶的活化'>第三章 H₂O₂参与ABA诱导的52kD钙调素激活型蛋白激酶的活化
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 材料与方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 52kD蛋白激酶可被外源H2O2激活
• 2O₂为ABA信号转导过程中52kD蛋白激酶的活化必需'>2.2 H₂O₂为ABA信号转导过程中52kD蛋白激酶的活化必需
• 2O₂产生和积累'>2.3 52kD蛋白激酶影响ABA诱导的H₂O₂产生和积累
• 2O₂诱导的抗氧化防护'>2.4 52kD蛋白激酶参与外源H₂O₂诱导的抗氧化防护
• 2.5 ABA活化的一组蛋白激酶与ROS的关系
• 3. 讨论
• 第四章 52kD钙调素激活型蛋白激酶参与水分胁迫诱导的玉米叶片抗氧化防护
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 材料与方法
• 2. 结果与分析
• 2.1 水分胁迫对玉米叶片蛋白激酶活性的影响
• 2.2 ABA是水分胁迫诱导的玉米叶片蛋白激酶活性增加的关键因素
• 2O₂积累是水分胁迫诱导总蛋白激酶活性增加和Ca²⁺激活型蛋白激酶活性上升所必需'>2.3 H₂O₂积累是水分胁迫诱导总蛋白激酶活性增加和Ca²⁺激活型蛋白激酶活性上升所必需
• 2.4 水分胁迫诱导的玉米叶片蛋白激酶活性增加可被KN-93抑制
• 2.5 水分胁迫对52kD蛋白激酶活性的上调作用依赖于ABA的积累
• 2.6 NADPH氧化酶和内源ROS对水分胁迫诱导52kD蛋白激酶活性的影响
• 2O₂产生'>2.7 CaMK等蛋白激酶参与水分胁迫诱导的H₂O₂产生
• 2+/CaMK对水分胁迫诱导的抗氧化防护的影响'>2.8 Ca²⁺/CaMK对水分胁迫诱导的抗氧化防护的影响
• 3. 讨论
• 第五章 全文讨论
• 1 研究小结
• 2 创新之处
• 3 存在的问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表与投送的论文
• 致谢