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植物体为更好适应自然环境,在其长期进化过程中形成诸多适应外界环境的能力。其中向光性反应就是为更多获得光源的一种适应反应。蓝光受体向光素的发现,为深入研究蓝光诱导的向光性信号转导机制提供新的途径。向光素PHTO1、PHOT2感受蓝光后,与其下游信号蛋白NPH3和RPT2相互作用,调节生长素运输载体AUX1和PIN1的活性及定位、从而使拟南芥黄化苗下胚轴向光侧和背光侧中生长素分布不均匀,导致向光弯曲。但是蓝光信号如何调节向光弯曲的机制尚不完全清楚。
本实验以蓝光受体phot1突变体为材料,通过0.3%乙酰甲基磺酸(EMS)诱变,应用100 mmol m-2s-1的单侧蓝光处理12 h,对其M2代幼苗进行大规模的筛选。获得3株潜在突变体,分别命名为sph1(slow phototropic hypocotyl 1)向光性迟缓突变体、lph1(littery phototropic hypocotyl 1)向光性杂乱突变体以及dph1(deletion phototropic hypocotyl 1)向光性缺失突变体.
研究发现,与phot1突变体相比,sph1突变体除在100 mmol m-2s-1 单侧蓝光刺激下向光弯曲反应迟缓之外,其在25 mmol m-2s-1红光下部分失去负向重力性,1 mmol m-2s-1的蓝光可以恢复这种现象。将sph1突变体与Ler杂交,观察F1代和F2代的表型分离比,证实sph1为单基因隐性突变。通过图位克隆,将其定位在MSF3 BAC上,经测序发现该突变体在At2G18790.1基因DNA序列的第3482bp发生了点突变,由原来G变为A,蛋白质序列分析后发现,由于三联子密码GCC突变为ACC,因此第1096个氨基酸发生突变,即由丙氨酸突变为苏氨酸,因此可以推测点突变所造成的蛋白质序列的变化会直接导致其向光反应迟缓。
以phot1突变体为对照材料,对sph1突变体进行一系列的表型鉴定,观察它们在生长发育方面的差异。结果显示营养生长时期sph1突变体较phot1突变体相比,其叶片狭小、叶柄较长且逆时针螺旋排列、幼苗茎较长,同时气孔开度和密度较低、失水较慢、叶片温度较高,但其最终结实量同phot1突变体无明显差异。其原因可能是sph1突变体通过较长的叶柄逆时针螺旋排列、相对较长的茎等多种方式调节避荫反应,使其叶片根据光线调整位置从而最大限度获得光能,进行光合作用,积累能量,最终对结实量无影响。
对于lph1和dph1突变体,通过与Ler杂交后F1代和F2代表型分离比,证实lph1和dph1同样为单基因隐性突变。目前已将lph1粗定位在拟南芥第五条染色体的底部,dph1粗定位在第四条染色体的中部。
以上研究结果表明,SPH1、LPH1、DPH1可能参与调控向光素介导的强蓝光向光弯曲的信号转导,但具体机制有待进一步研究。