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油菜素甾醇(Brassinosteroids,BRs)是一类多羟基化甾醇类植物激素,其在植物体内广泛分布,并在植物生长发育的各个进程都发挥着重要调节作用。BAK1(BRI1-ASSOCIATED KINASE 1),又称SERK3(SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE 3),除在调控植物胚发育的过程中发挥功能以外,还可以作为BRI1的共受体,与BRI1(BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1)相互作用形成复合体,识别BRs并起始早期BR信号;与模式识别受体(Pattern recognition receptor,PRR)相互作用,参与调控植物免疫信号;与其他的受体激酶相互作用,参与调控细胞死亡等。为进一步阐述BAK1在植物生长发育过程中的生物学功能,本研究以AtBAK1过表达系为材料,利用免疫沉淀和质谱分析等方法鉴定到与AtBAK1互作的蛋白AtBIR3(BAK1-INTERACTING RCEPTOR 3),分析了其基本结构、组织表达模式、亚细胞定位和激酶活性;研究了其与AtBAK1、AtSERK1(SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE 1)、AtSERK2(SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE2)和AtSERK4(SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE 4)的互作关系;AtBIR3过表达对植物生长发育和体内BR信号的影响及其分子机理。通过生物信息学方法,鉴定到番茄SlBIR3基因,并对其蛋白结构、亚细胞定位、激酶活性、与SlBAK1的互作等进行了分析;研究了其对flg22的敏感性,对细菌性病原菌PstDC3000和真菌性病原菌灰霉的抗性以及对细胞自发性死亡的调控。主要的研究结果如下:1、以AtBAK1过表达系为材料,利用免疫沉淀和质谱鉴定到了AtBAK1互作蛋白AtBIR3。AtBIR3基因全长1806 bp,共编码601个氨基酸。AtBIR3蛋白具有典型的LRR-RK结构,即胞外富亮氨酸重复区,跨膜区,胞内丝氨酸/苏氨酸激酶域等。AtBIR3在胞内激酶域VIb亚结构域缺少具有激酶活性所需要的保守的RD motif。亚细胞定位和体外激酶活性试验结果表明,AtBIR3主要定位于质膜,不具有自磷酸化和转磷酸化活性,但AtBIR3可以被AtBAK1磷酸化,即AtBIR3是AtBAK1的底物。2、在野生型(Col-0)中,AtBIR3基因过表达会引起株型矮小、育性降低、对外源BR的敏感性降低。酵母双杂交,MBP pull down和免疫共沉淀等试验结果表明,AtBIR3与AtSERK1、AtSERK2、AtBAK1和AtSERK4互作。免疫共沉淀试验研究发现,AtBIR3过表达会阻碍AtBRI1/AtBAK1复合体的形成,说明AtBIR3基因过表达会通过影响AtBRI1/AtBAK1复合体的形成,而负向调控BR信号。3、通过对T-DNA插入突变体bir3-2的表型观察、体内BR信号检测以及bir3-2bri1-301的表型鉴定发现,AtBIR3基因功能缺失会引起BR信号减弱。这一方面是由于AtBIR2、AtBIR4和AtBIR3基因之间存在功能冗余,另一方面是由于bir3-2突变体中BAK1发生了降解。通过鉴定bak1-4:BAK1-GFP和bir3-2bak1-4:BAK1-GFP对BR的敏感性,发现当植物体内的AtBAK1的量足够多时,AtBIR3基因的敲除会提高植物体内的BR信号强度。4、序列比对发现,番茄Solyc05g006570.1.1与AtBIR3在氨基酸序列上有63.59%的相似度,进化树分析发现两者处于同一分枝,被命名为SlBIR3。SlBIR3基因全长1833 bp,编码610个氨基酸。SlBIR3具有与AtBIR3非常一致的结构域,胞内域也缺少保守的RD motif。5、亚细胞定位试验结果显示,SlBIR3定位于细胞膜;体外磷酸化水平检测发现,SlBIR3不具有自磷酸化和转磷酸化能力,说明其是一个膜定位non-RD受体激酶。酵母双杂交,MBP pull down和免疫共沉淀等试验结果表明,SlBIR3不仅可以和SlBAK1互作,也可以与AtBAK1互作,并且可以被BAK1磷酸化。通过对番茄的转录组数据分析发现SBIR3在番茄的各组织部位均有表达,并可以响应病原菌或病原相关分子模式处理。6、对番茄Micro-tom背景下的SlBIR3过表达系的表型观察和番茄BR信号marker基因SlCPD和SlDWARF表达量检测发现,SlBIR3具有类似AtBIR3负向调控植物生长发育的功能,但功能较弱;在拟南芥中过表达SlBIR3,虽然没有显著性的改变植株表型,但过表达系对BR的敏感性降低。通过拟南芥背景下的SlBIR3过表达系对flg22的敏感性和flg22处理后FRK1的表达量鉴定发现,SlBIR3过表达会抑制flg22引起的PTI反应。SlBIR3过表达对PstDC3000的抗性没有变化,但会削弱番茄对灰霉病的防御反应,损害番茄对灰霉病的抗性。共沉默SlBIR3与SlSERK3会引发类似SlSERK3A/SlSERK3B共沉默产生的细胞坏死反应和抗病相关基因SlPR1b1和SlPR2表达量上调。因此,BIR3基因具有负向调控植物生长发育的功能,也参与负向调控植物免疫反应和自发性细胞死亡。