拟南芥糖反应相关基因TANG1的克隆及功能分析

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糖是植物体内最主要的能源物质,不仅为植物生长发育提供必需的能量,而且是生物体碳骨架的重要组成部分。此外,更重要的是糖还可以作为一种信号分子参与植物光合作用、营养分配、细胞分裂及胁迫响应等生命活动,进而调节植物的生长发育。目前植物糖信号的研究已经取得了阶段性进展,然而由于库源关系的复杂性,植物体内包含多种糖信号途径,形成庞大的信号网络,同时受植物激素、营养和环境等条件的影响,所以植物体内糖信号研究依然是一个活跃的领域。  为进一步研究糖信号作用的分子机制,我们在含1%葡萄糖的培养基上,筛选了EMS诱变的拟南芥Col-0 M2群体,分离鉴定了一个糖敏感突变体tang1-1,其根在含糖培养基上明显变短。与野生型相比,突变体中糖诱导标记基因的表达量显著提高,证实tang1-1为糖敏感突变体。图位克隆和基因组测序显示,tang1-1突变表型可能是由于基因AT1 G27595中一个点突变引起的。该基因编码一个未知功能的蛋白质,含有一个Symplekin_C结构域。同时对两个AT1G27595 T-DNA突变体表型分析发现,它们具有与tang1-1相似的表型,分别命名为tang1-2、tang1-3。而基因组互补试验进一步证实了AT1 G27595即为TANG1基因。表达分析发现,TANG1在拟南芥的根、茎、叶、花等不同组织中均有表达,幼嫩部位表达活性更强,而且TANG1的基因表达不受高浓度糖影响。亚细胞定位分析则显示TANG1蛋白主要位于细胞核中。  深入分析TANG1突变对植物生长发育的影响发现,在光下含糖培养基上,突变体根生长缓慢,叶绿素含量降低,淀粉和花青素含量增加;而暗下,突变体下胚轴伸长受到抑制,暗发育进程加快。以上结果表明tang1突变体对糖反应增强,TANG1基因参与糖反应相关的植物生长发育调节。一般来说,对糖敏感的突变体对ABA也是敏感的,而对乙烯是不敏感的。与野生型相比,tang1-2对ABA更敏感,而对于乙烯前体ACC,tang1-2具有更强的耐受性,进一步说明tang1确实是糖敏感突变体。  为进一步分析TANG1是否在已知的糖信号通路中起作用,本文利用qRT-PCR分析了已知糖信号途径中的主要成员基因:HXK1、TPS1、AKIN10、AKIN11、PRL1、RGS1、GPA1和SIS3等在tang1-2中表达量变化。结果显示,所选基因在tang1-2中的相对表达量并没有发生明显变化。研究TANG1在已有的几个糖相关突变体中的表达分析发现,PRL1的突变影响了TANG1的表达。但是遗传关系分析发现,这两个基因在拟南芥糖反应中起叠加作用。这说明TANG1是糖信号通路中的新成员,可能不存在于已知的糖信号转导途径中。  为进一步探讨TANG1在糖反应中的作用机制,我们利用酵母双杂交方法筛选了TANG1的互作蛋白,并对其中一个蛋白PROTEIN1进行了深入研究。获取protein1 tang1-2双突变体进行遗传关系分析,实验数据显示,无论是光培养条件下植株的根长变化、淀粉及花青素的含量还是黑暗处理下幼苗的下胚轴伸长、暗发育时期等结果均表明protein1 tang1-2双突变体表现出比tang1更强的糖敏感表型,protein1突变体显著增强了tang1-2突变体的表型,是tang1-2的一个增强子,而且PROTEIN1与TANG1的亚细胞定位结果一致,表明两者可能参与同一个信号调节通路。qRT-PCR分析已知糖信号途径中主要成员基因在双突变体中的表达,结果与在tang1-2中的表达情况相似,各成员基因的表达量均没有发生明显变化,说明就转录水平而言,两者共同参与的信号通路可能不依赖于我们已知的糖信号调节途径。  综上所述,TANGJ1在拟南芥糖响应过程中起到重要作用,是糖信号调节网络的新成员,与PRO TEIN1相互作用,共同调节植物对糖的反应。
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