果胶甲酯酶抑制子调控气孔运动的分子机制

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植物体完成自身生长发育需要不断地从外界吸收二氧化碳进行光合作用,同时也不停地进行蒸腾作用来调控体内水分的运输和散失。气孔作为植物进行光合作用和蒸腾作用的主要门户对于调节植物的生长发育以及水分利用具有十分重要的意义。果胶是组成细胞壁的重要成分,果胶结构的改变可以影响细胞壁的松散程度从而调控细胞伸长和气孔的运动。果胶甲酯酶在拟南芥里是一个比较大的家族,有66个成员。果胶甲酯酶是催化细胞壁果胶去甲酯化作用的催化酶。果胶甲酯酶抑制子可以通过抑制果胶甲酯酶的活性调节果胶的甲酯化程度从而影响细胞壁的松散程度。但是,关于果胶甲酯酶抑制子通过影响气孔运动来影响拟南芥生长发育和逆境响应方面的功能了解的很少。本研究拟鉴定影响气孔运动的果胶甲酯酶抑制子,并阐明分子机制。通过筛选芯片数据找出了几个在保卫细胞里表达量高的果胶甲酯酶抑制子基因,并对这些基因的T-DNA插入纯合突变体进行CO2和ABA调控气孔运动的敏感性分析。我们筛选到了其中一个突变体pmei,该突变体对高二氧化碳诱和ABA诱导的气孔关闭均不敏感,但对干旱超敏感并且离体失水快。表达模式分析发现该基因主要在保卫细胞高量表达,在表皮毛,根、茎、叶的维管组织等部位也有一定的表达。同时亚细胞定位分析发现这个蛋白主要定位在细胞壁和内质网。我们用PMEI的自身启动子加基因组序列能够回补突变体的表型。果胶甲酯酶抑制子可以抑制果胶甲酯酶的活性。我们用分光光度法测量果胶甲酯酶活性发现pmei植株的活性比野生型的高,用半薄切片免疫染色技术(JIM7/JIM5)检测气孔细胞壁的去甲酯化程度发现pmei植株的去甲酯化程度比野生型的高且细胞壁更加紧实。为了进一步研究该基因的功能,我们还用35S驱动PMEI在野生型中超量表达并筛选阳性植株,发现PMEI超表达植株气孔敏感度显著高于野生型。此外,我们筛选到了拟南芥中能够与PMEI相互作用的果胶甲酯酶,下一步验证二者在蛋白水平上的互作以及它们调控气孔运动的机制。
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