AtSYP71调控植物细胞壁生物合成

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在植物真核细胞中,细胞壁作为重要特征,为细胞的形状和强度提供支撑,在细胞粘附、细胞形态发生、物质交换、信息传递、防御和抗逆性以及植物直立生长等方面发挥重要作用。并且膜泡运输介导细胞内各种细胞器之间的物质交换。膜泡运输过程中,SNARE蛋白在运输囊泡锚定和膜融合的过程中发挥重要功能。SYP71(SYNTAXIN OF PLANTS 71)是一种植物特异性的Qc-SNARE蛋白,参与调控膜泡运输。SYP71定位于内质网、内体、质膜和细胞板,暗示其可能具有多种功能。研究表明SYP71与植物固氮和抗病相关。但是,到目前为止,SYP71在植物发育中的调控作用仍不清楚。本研究从细胞壁生合成、根发育和非生物胁迫应答等方面探究拟南芥AtSYP71在植物发育中的调控机制。1.AtSYP71对植物体形态建成和早期发育至关重要,AtSYP71完全缺失突变体atsyp71-4的幼苗在发育早期死亡。AtSYP71下调突变体atsyp71-2和atsyp71-3幼苗的根长比野生型显著变短,植物体抽薹延迟,发育初期植株的株高比野生型的矮,但是成熟植株表型得到恢复,这可能是同源蛋白AtSYP72和AtSYP73的互补作用的结果。2.AtSYP71与内质网定位的AtSYP81和At Sec20互作形成SNARE复合体,并且与MAG2拴留复合体相互作用。atsyp71-2突变体阻碍分泌标识蛋白SEC-GFP的分泌。这些结果说明AtSYP71参与调控植物细胞的分泌途径。3.转录组学分析表明,atsyp71-2突变体中细胞壁生合成相关通路基因的表达发生显著变化,特别是与细胞壁合成密切相关的第III类过氧化物酶PRX基因。生物化学和细胞生物学分析显示atsyp71-2突变体的细胞壁组分和结构发生显著变化,暗示AtSYP71调控植物体细胞壁的生合成。4.atsyp71-2突变体中,ROS清除相关酶CAT、POD和SOD活性显著上升,APX活性显著下降,NBT和DAB染色也显示突变体的ROS水平发生显著变化。盐胁迫、干旱胁迫和过氧化氢处理显示atsyp71突变体对这些胁迫远不如野生型敏感。过氧化氢处理下,野生型根长显著变短、atsyp71突变体的根长无显著变化;MV(提供超氧根离子)处理下,突变体与野生型根长均显著变短,二者根长无明显差异,暗示AtSYP71通过调控ROS稳态来调控植物的胁迫应答。5.在1/2 MS培养基生长的atsyp71突变体的根部分生区的细胞分裂受到显著抑制。而加入0.5%MES(生物缓冲剂,能缓冲氢离子浓度的变化)的培养基中生长的野生型无显著变化,但是atsyp71突变体的根长显著伸长,细胞分裂恢复到与野生型相当,CAT、POD和APX的酶活恢复到与野生型无明显差异。另外,p H显色反应显示atsyp71突变体根系分泌氢离子水平远高于野生型。这些结果表明AtSYP71可能调节根部氢离子的分泌影响ROS稳态,从而调节根的发育。综上,AtSYP71通过调控植物的ROS稳态来影响植物发育和胁迫应答。
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