拟南芥寡糖转移酶复合体的功能研究

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天冬酰胺(N)连接的蛋白质糖基化是蛋白质翻译时或翻译后的最重要,最普遍,最复杂的修饰之一,该翻译不仅增加了蛋白质结构的多样性,而且能帮助被修饰的蛋白与特定的受体结合。N-连接的蛋白质糖基化在蛋白质折叠,质量控制,内质网相关的降解途径(ERAD)以及在蛋白质分类,蛋白质功能和信号转导这一系列作用中起到十分关键的作用。被子植物双受精中存在一个复杂而精细的调控过程。这个过程的完成需要雌配子体和雄配子体的参与及雌雄配子体之间的信号交流。当花粉管被导向信号引导进入雌配子体后,花粉管停止极性生长。随后,花粉管在胚囊中爆裂并释放其所携带的两个精子到胚囊中进行双受精。花粉管的这种爆裂行为被称为花粉管接受,该过程被认为受到了雌配子体与雄配子体相互之间交流的信号的调控,是当前植物生殖生物学研究的热点之一。通过鉴定出一个花粉管在胚囊中爆裂受阻的突变体,将其命名为ptb1-1(pollen not burst 1-1)。对该突变体进行遗传学分析,显示突变的花粉不能萌发,导致突变不能通过雄配子进行遗传。当突变体作为母本时,ptb1-1/PTB1-1杂合突变植株的雌配子体有将近50%的败育率。为了进一步探究ptb1-1/PTB1-1败育的原因,之后对其花粉管进行了苯胺蓝染色。结果显示,在ptb1-1/PTB1-1中花粉管在进入胚囊后过度生长,不能破裂。通过TAIL-PCR发现该基因是位于At5g66680基因的第八个外显子上,另外一个等位基因突变体ptb1-2/PTB1-2也具有类似的表型。此外,全长恢复实验也表明At5g66680基因能够互补ptb1-1/PTB1-1表型,这些结果表明,由于At5g66680的突变导致花粉管在胚囊中的爆裂受阻。通过构建融合蛋白对PTB1在雌配子体、雄配子体和其在胚胎发育过程中的表达情况进行分析,发现PTB1在整个胚囊中泛表达且大量表达于助细胞,在拟南芥花粉中同样大量表达。另外,助细胞特异表达的PTB1能够恢复ptb1胚珠表型,这也暗示PTB1在助细胞中发挥作用。生物信息学分析显示PTB1蛋白是寡糖转移酶复合体的成员之一。PTB1蛋白在人类和酵母中均发现有同源物分别为OST48、Wbp1,它们均作为寡糖转移酶复合体(OST复合体)重要的亚基发挥作用。OST复合体在内质网中将特定的糖基添加到新合成肽链的天冬酰胺上,之后再进一步完成蛋白质的N-糖基化修饰。突变体植株ptb1的雌配子体显示出与feronia(fer)突变体类似的表型,即双受精过程受到影响,花粉管不能完成破裂,并持续地在胚囊中生长,不能释放精细胞。通过对FERONIA基因的序列进行分析,发现其胞外结构域存在九个假定的N-糖基化修饰位点。对这些可能的N-糖基化修饰位点进行了一系列的突变,之后将这些突变构建通过转基因分别转到fer-1突变体植株中,通过检测它们能否互补fer-1突变体表型来推定FERONIA这些位点的突变是否影响其功能。实验结果显示FERONIA基因后四位N-糖基化位点的突变对其功能能够产生很大影响。生化实验结果也显示在野生型中FER存在糖基化修饰。同时发现FER-GFP在ptb1突变体中的定位受到影响,这也表明PTB1可能通过糖基化修饰FERONIA从而影响到花粉管接受。寡糖转移酶复合体在拟南芥中还没有被系统的研究过。通过co-IP并结合蛋白质谱分析,发现在拟南芥中存在酵母OST复合体中的另外几个重要的成员的同源基因,包括STT3A/B、OST1A/B、OST2、OST3B、OST6等,它们可能同样一起形成OST复合体参与蛋白质的糖基化修饰。之后利用BiFC对这些亚基成员之间的相互作用进一步进行了验证。综上,寡糖转移酶复合体通过对FER的糖基化调控花粉管在雌配子体中的接受,在这一过程的雌雄配子体间的信号交流中发挥着重要作用。
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