油菜质体型甘油-3-磷酸脂酰基转移酶ATS1在脂质代谢中的作用及水稻Raptor2和E2F3基因功能初探

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脂质不仅是细胞膜的主要成分,也是重要的信号分子和生理活性物质,广泛参与各种生物学过程;同时脂质也是高效储能物质,是生物体物质和能量代谢的基本组分。甘油-3-磷酸脂酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)催化甘油-3-磷酸sn-1羟基的酯化反应,是甘油脂质合成代谢途径第一步反应的限速酶,其活性涉及溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)和磷脂酸(phosphatidic acid,PA)的从头合成。ATS1属于GPAT家族的成员,有关ATS1在植物胚后生长发育和脂质代谢中的作用尚未清楚。本研究从甘蓝型油菜基因组克隆了ATS1基因,通过蛋白表达和酶活分析表明油菜ATS1编码的蛋白可催化甘油-3-磷酸和16:0-CoA的酯化反应形成溶血磷脂酸。通过Real time PCR分析发现ATS1在绿色和生长活跃组织中表达量较高,超表达(OE)ATS1的油菜叶片生长和生物产量显著高于野生型,并且可显著促进种子含油量。这些结果表明ATS1在调控植株生长和油脂合成过程中具有重要作用。雷帕霉素靶标蛋白TOR属于PI3K家族的Ser/Thr类蛋白激酶,动物TOR通过感知外界营养、生长因子和逆境信号而磷酸化下游靶标蛋白如核糖体蛋白S6激酶(S6K)或翻译起始因子结合蛋白4EBP而调控蛋白的翻译过程,从而促进细胞生长。Raptor是TORC1复合体的核心组分,通过募集TOR蛋白的底物,促使TOR蛋白对底物进行磷酸化。TOR和Raptor任一成员的缺失均导致胚胎早期致死。目前Raptor在植物胚后生长发育中的作用有待进一步探索。水稻基因组含有两个高度同源的Raptor基因。本研究通过分析水稻Raptor2的缺失突变体,结果发现Raptor2的缺失导致植株在幼苗期及分蘖期阶段性出现叶片白化或白色条纹,通过分析表明Raptor2除了与S6K1共同参与调控糖脂合成外,还参与了叶绿素合成过程。通过分析raptor2突变体中Raptor1的表达量变化,结果表明Raptor1可阶段性补偿Rapor2的缺失。此外,本研究还初步分析了水稻E2F3基因功能,结果发现E2F3的缺失可导致植株生长受阻和种子结实率降低,显微观察发现e2f3突变体根尖分生组织细胞形态异常,细胞排列紊乱、花粉数目少且活性降低。表达谱分析表明E2F3在幼苗期及绿色组织中的表达量较高。E2F3定位于细胞核中,并且E2F3的缺失导致细胞周期相关基因CDC6a的表达量大幅度下调,暗示了E2F3通过调节CDC6a的表达而参与细胞周期的调控过程,从而调节植株生长和花粉发育过程。
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