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植物响应紫外线B(UV-B)辐射的信号转导途径可分为依赖于UV-B受体UVR8的UV-B专一信号途径和不依赖于UVR8的UV-B非专一性信号途径。前者在极低剂量的UV-B辐射下就可启动,主要介导植物光形态建成和UV耐受性相关基因的启动;而后者在较高的UV-B辐射剂量下启动,主要介导与胁迫反应相关的基因表达。目前人们对依赖于UVR8的UV-B专一信号途径的主要信号转导分子的组成、作用机制和参与的生理过程研究较多,但对不依赖于UVR8的UV-B非专一信号途径的信号分子的组成、作用机制和参与的生理过程却知之有限。丝分裂原活化蛋白激酶(MPKs)及其对应的丝分裂原活化蛋白激酶磷酸酶(MKPs)是真核生物细胞中保守的信号转导分子,植物在各种生物和非生物胁迫刺激下均会通过激活特定的MPKs或MKPs来传递信号。近期的研究显示UV-B辐射主要活化植物MPK3和MPK6以及MKP1,同时UV-B辐射下MKP1通过负调控MPK3和MPK6的活性影响着植物对UV-B辐射的抗性。这些结果暗示MKP1及其靶蛋白MPK3和MPK6在植物响应UV-B辐射的信号转导中起着重要作用,但目前对UV-B辐射诱导MPK3和MPK6以及MKP1活化的信号转导机制并不清楚,对UV-B辐射下MKP1及其靶蛋白MPK3和MPK6参与调控的具体生理过程及其作用机制也并不清楚。基于以上研究现状,本文以拟南芥为材料,结合遗传学、生物化学、分子生物学和细胞生物学的研究方法和技术,主要进行了以下三个方面的研究:(1)UVR8信号途径的关键组分UVR8、COP1和HY5/HYH、异三聚体G蛋白、过氧化氢(H202)和一氧化氮(NO)在UV-B辐射诱导拟南芥叶片MPK3和MPK6活化中的作用;(2)MKP1及其靶蛋白MPK6和MPK3在UV-B辐射诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其与信号分子H202和NO的关系;(3)MKP1和MPK6在UV-B辐射调控拟南芥叶片基因表达中的作用。本文得到的主要实验结果和结论如下:1.等于或高于0.3 W.m-2的高剂量UV-B辐射能诱导拟南芥叶片MPK3和MPK6的活化,且适宜辐射时间为3h。与可见光下相比,0.5W.m-2UV-B辐射诱导了拟南芥野生型、UVR8信号途径组分uvr8、cop1和hy5/hyh突变体、G蛋白α亚基gpa1突变体以及硝酸还原酶nia1和nia2突变体叶片中MPK3和MPK6的活化,但不能完全诱导G蛋白β亚基agb1和γ亚基agg1/agg2突变体以及NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF突变体叶片中MPK6和MPK3的活化。结果表明UV-B辐射诱导拟南芥叶片MPK3和MPK6的活化不依赖于UVR8信号转导途径、G蛋白α亚基和硝酸还原酶途径来源的NO,但依赖于G蛋白的β和γ亚基以及NADPH氧化酶ATRBOHD 和 ATRBOHF 途径来源的 H202。2.与拟南芥野生型相比,mkp1突变体在不同剂量UV-B辐射处理3 h时或者0.5 W.m-2UV-B辐射处理不同时间时其保卫细胞内源NO水平和气孔关闭程度均高于或大于拟南芥野生型及其功能恢复系Line6,而保卫细胞内源H2O2水平与野生型和Line6相同。结果说明MKP1作为负调节因子参与UV-B辐射诱导气孔关闭的信号转导过程,且其作用是抑制保卫细胞NO的形成。3.0.5 W.m-2UV-B辐射处理能诱导拟南芥野生型和mpk3突变体保卫细胞内源H202和NO的形成以及气孔关闭,也能诱导mpk6单突变体和mkp1/mpk6双突变体保卫细胞H2O2形成,但不能诱导mpk6单突变体和mkp1/mpk6双突变体保卫细胞内源NO的形成和气孔关闭;外源H202能诱导可见光下拟南芥野生型和mpk3突变体保卫细胞内源NO形成和气孔关闭,但不能诱导可见光下和UV-B辐射下mpk6单突变体和mkp1/mpk6双突变体保卫细胞内源NO形成和气孔关闭;外源NO处理不仅能诱导可见光下野生型以及突变体mpk3、mpk6和mkp1/mpk6的气孔关闭,也能逆转突变体mpk6和mkp1/mpk在UV-B辐射下的气孔不关闭性。结果表明MPK6作为正调节因子参与了 UV-B辐射诱导气孔关闭的信号转导过程,且其作用在H2O2的下游和NO的上游,但MPK3并未参与该信号转导过程。同时,结果也表明MKP1负调控UV-B辐射诱导保卫细胞NO形成和气孔关闭的作用依赖于其对MPK6活性的调控。4.运用RNA-Seq技术对可见光和0.5 W.m-2UV-B辐射下拟南芥野生型、mkp1和mpk6突变体的基因表达情况进行转录组分析,识别出差异倍数大于等于2并且错配率(FDR)≤0.05的UV-B响应基因4988个,其中受MKP1和/或MPK6调控的UV-B响应基因共计231个。与前人表明的依赖于UVR8的UV-B专一途径调控的基因和不依赖于UVR8的UV-B非专一途径调控的基因作对比,发现MKP1和MPK6是不依赖于UVR8的UV-B非专一途径中重要的信号转导分子,介导着该途径调控的部分基因的表达。对依赖于MKP1和/或MPK6的231个UV-B响应基因进行进一步分析,发现MKP1和MPK6在介导UV-B辐射调控基因表达中存在以下四种关系;(1)只依赖于MKP1,而不依赖于MPK6(115个);(2)只依赖于MPK6,而不依赖于MKP1(97个);(3)同时依赖于MKP1和MPK6,但它们两者作用相反(10个);(4)同时依赖于MKP1和MPK6,但它们两者作用相同(9个)。5.对依赖于MPK6和/或MKP1的231个UV-B响应基因进行生物信息学分析,发现这些基因富集度较高的代谢途径有苯丙素生物合成、苯丙氨酸代谢、植物激素信号转导、角蛋白、软木质和蜡的合成、谷胱甘肽代谢,其次参与的代谢途径有黄酮类代谢、氮代谢、氨基酸合成、丙酮酸代谢、光合碳固定、淀粉和蔗糖代谢、植物的昼夜节律和植物与病原菌的互作等。暗示MKP1和MPK6信号途径可能通过影响上述代谢过程或信号途径进而调控着植物的UV-B辐射效应。