拟南芥一氧化氮合成相关蛋白(AtNOA1)的生物学功能研究

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一氧化氮(nitric oxide,NO)作为一种重要的信号分子不仅调节植物的生长发育,而且也参与植物对各种生物或非生物胁迫的反应。在动物体内,NO的主要来源是其体内的不同类型的一氧化氮合酶(NOS)催化精氨酸形成的,虽然已经证明NO在各种生理过程中起着重要的作用,但到目前为止还没有在植物体内检测到一个真正意义上的NOS。  AtNOS1是植物体内最初鉴定具有一氧化氮合酶活性的蛋白,但最近的研究表明,AtNOS1不能结合并催化Arginine,形成NO,也就是说,AtNOS1不是一个NOS,但由于AtNOS1与植物体内的NO的形成有关,又把它重新命名为NO相关蛋白(NO-associated protein 1,AtNOA1)。根据AtNOA1的序列,我们进行PSI-BLAST分析,在拟南芥、酵母和细菌中都发现该蛋白的类似物,这些类似物都属于cGTPase家族的蛋白。在AtNOA1的N-末端有一个定位于叶绿体的信号肽序列,AtNOA1的176-350氨基酸残基之间,包含有一个GTP结合结构域,在AtNOA1的N-末端有一个类似分子伴侣CIpX的zinc-binding结构域,AtNOA1及其类似物在C-末端有一个类似的结构域(C-terminal domain,CTD),但该结构域的功能还不清楚。AtNOA1不是一个AtNOS1,而是一个定位在叶绿体中cGTPase酶。  通过酵母双杂交实验,我们证明AtNOA1能与拟南芥中的位于叶绿体、线粒体和内质网中的Hsp90发生互作,与结构预测AtNOA1有一个分子伴侣功能结构域相一致;Atnoa1突变体提高对热胁迫的敏感性,WT和Atnoa1突变体在38℃经过热诱导后,然后在45℃热胁迫处理,二者都能正常生长,但直接用45℃热胁迫处理,严重影响Atnoa1突变生长发育,表明AtNOA1功能缺失不影响拟南芥的热诱导性抗性的获得,而是影响拟南芥本身的抗热性;热胁迫使Atnoa1突变体比WT积累更多的H2O2;一定浓度的H2O2能抑制Atnoa1突变体和WT根的伸长,但对Atnoa1突变体根的生长影响更为显著;AtNOA1功能缺失影响拟南芥体内叶绿体的发育以及叶绿素的含量;Arginine能部分恢复Atnoa1突变体表型,表明AtNOA1虽然不是一个NOS,但可能间接调节拟南芥体内Arginine的代谢过程。  我们以拟南芥气孔为模式材料,研究NO、H2O2、ABA和外源高Ca2+对野生型拟南芥、NO合成相关突变体(nox1和noa1)、外源Ca2+诱导胞内Ca2+升高突变体(CASas)、ABA不敏感突变体(abi1和abi2)气孔运动的影响,证明这几个诱导气孔关闭的信号分子之间存在着复杂信号交叉反应,NO和H2O2可能是保卫细胞中CICI和ABA级联信号系统的交叉互作的因子。
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