拟南芥Annexin3响应于干旱胁迫的初步研究

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植物激素脱落酸(ABA)是控制植物水分含量和气孔运动的一个关键的激素,在植物的逆境生理中发挥着重要的作用。保卫细胞对ABA的响应受一系列分子级联反应的激发,ABA与受体结合后,作用于负调控因子PP2Cs (显著的是ABI1和ABI2),激活蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnPK2s),最终导致保卫细胞水分外流和气孔关闭。微丝作为植物细胞骨架,是植物形态结构的维持者和气孔运动的最终执行者。气孔的运动伴随着保卫细胞微丝的重排,阻止微丝的解聚会抑制ABA诱导的气孔关闭。目前已发现多种包括微丝结合蛋白在内的介导微丝重排的信号元件。膜联蛋白(Annexin)是一类多成员、多功能的可溶性钙离子依赖的膜结合蛋白。研究表明动物中Annexin在介导细胞骨架和生物膜的结合中起着桥梁作用,植物中Annexin在耐受逆境胁迫过程中起重要作用。根据前人的研究成果,拟南芥中AtANN1和AtANN4彼此互作参与调节干旱胁迫和盐胁迫的逆境生理,且qRT-PCR结果显示干旱处理导致AtANN3的表达量上调13倍左右。本课题中,我们以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,以拟南芥Annexin3(AtANN3)为研究对象,对该基因的表达模式和功能进行了初步探索:(1)获得了AtANN3的两个T-DNA插入突变体ann3-1和ann3-2,并选取两个表达量显著升高的AtANN3超表达株系进行干旱胁迫处理。(2)为了研究AtANN3的表达模式,构建了pAtANN3::GUS表达载体。GUS组织化学染色分析表明,AtANN3在保卫细胞和7d幼苗中表达量较高(与网站预测结果一致),推测AtANN3可能参与气孔运动的调节。(3)用mCherry标记AtANN3GFP-ABD2-GFP标记actin,发现两者存在共定位,由此推测AtANN3与微丝存在相互作用,AtANN3可能参与调节微丝的动态变化。(4)失水实验结果表明AtANN3的超表达植株对干旱胁迫的耐受力明显低于野生型,表现出对干旱胁迫的超敏感性,并且AtANN3超表达植株离体叶片失水速率明显快于野生型。然而突变体植株与野生型拟南芥没有明显差异。(5)正常条件下AtANN3超表达植株与野生型植株气孔开度的大小基本一致,而ABA处理后AtANN3超表达植株叶片气孔的关闭速度明显低于野生型植株,表现为对ABA敏感性降低。(6)在AtANN3超表达植株和野生型植株中,分别对ABA信号通路中的两个关键因子AtABI1和AtABI2进行了表达量的分析。qRT-PCR结果表明在未用ABA处理前超表达和野生型中AtABI1和AtAB2的表达量基本一致,而用ABA处理后,AtANN3超表达植株中AtABI1和AtAB2的表达量分别是野生型对照组的约3.25倍和3.43倍。
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