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木葡聚糖内转糖基酶/水解酶(xyloglucan endotransglycosylase/hydrolases,XTHs:EC2.4.1.207and/orEC3.2.1.151)是降解细胞壁内木葡聚糖的关键酶之一。XTHs由一个多基因家族编码,被认为具有双重功能:木葡聚糖内转糖基功能(xyloglucanendotransglycosylase,XET)以及木葡聚糖水解酶功能(xyloglucan endohydrolase,XEH)。
莴苣(Lactuca sativa)种子的萌发涉及胚乳细胞壁的降解,而木葡聚糖是存在于胚乳细胞壁中的一种半纤维素成分,因此胚乳细胞壁发生降解也会涉及木葡聚糖降解,而降解木葡聚糖的关键酶XTH可能与植物种子萌发过程中胚乳细胞壁的降解有关。
本文选取莴苣种子作为研究材料,主要原因是经过0.3%SDCC(Sodiumdichloroisocyanurate,二氯异氰尿酸钠)溶液处理后可以获得珠孔端胚乳不破裂的非典型萌发种子,从而与珠孔端胚乳破裂的典型萌发种子中的XEH酶活性以及XTH基因表达水平进行比较。本文从XEH酶活性和XTH基因表达水平研究了XTH与莴苣种子萌发过程中胚乳弱化的关系。结果总结如下:
采用改良的粘度计法对莴苣种子萌发过程中各组织部位(珠孔端胚乳、胚根、非珠孔端胚乳、子叶)的XEH酶活性进行测定。结果发现,莴苣种子在水中萌发时,四个部位均在吸水12h就检测到XEH酶活,随后表现出不同的变化趋势。珠孔端胚乳中,一开始酶活就较大,随着萌发进程加快,吸水16h时酶活显著上升,16h到20h之间维持稳定水平,到24h时又出现酶活高峰。胚根中,XEH的相对酶活较低,虽然随着吸水时间的延长略微上升,但总体变化趋势不明显。非珠孔端胚乳中,吸水12h时有较大酶活,但是随着吸水时间的延长下降趋势比较明显。子叶中,XEH的相对酶活最低,且随着吸水时间的延长略微下降。莴苣种子在0.3%SDCC溶液中萌发时,非典型萌发种子珠孔端胚乳中,XEH的整体酶活性比水中萌发莴苣种子珠孔端胚乳中的酶活性要低,且随着吸水时间的延长持续下降。
根据NCBI上已发表的XTH基因EST序列,通过DNA Star软件电子克隆,拼接得到一条可能为莴苣XTH基因的序列,设计特异引物,从莴苣种子中克隆得到XTH基因3’端片段,继而从基因水平上探讨XTH基因与莴苣种子萌发过程中胚乳弱化的关系。
运用实时荧光定量PCR方法,研究了XTH基因在莴苣种子萌发过程中各组织部 位的表达水平。结果表明,在珠孔端胚乳中,种子在吸水16h时XTH基因的表达量剧增,出现了表达高峰,吸水20h时表达量略微下降,在吸水24 h时,XTH基因的表达量继续增加,出现表达最高峰,与酶活的变化情况相似。在子叶中,XTH基因相对表达量最低,且随着种子的萌发进程表达量几乎没有变化。其次是非珠孔端胚乳和胚根中,XTH基因相对表达量较低,且随着种子萌发进程表达量有略微的上调或下降,但是总体趋势变化不明显。而莴苣种子在0.3% SDCC溶液中萌发时,非典型萌发种子的珠孔端胚乳中,吸水12h到吸水24h之间,XTH基因的表达量剧增,达到表达量高峰,几乎达到水中萌发莴苣种子珠孔端胚乳吸水24h时的表达水平。但是随着种子萌发进程,XTH基因的表达量呈现逐渐下降的趋势。
从莴苣种子中XEH酶活性及XTH基因表达模式推测,珠孔端胚乳中的XTH与莴苣种子萌发过程中胚乳弱化相关,并促进莴苣种子胚乳弱化及萌发。0.3% SDCC溶液处理能在种子吸水24h之后降低XTH基因表达水平降低,从而抑制XEH酶活性。