低温下高山离子芥细胞质膜的信号响应机制与抗寒性的关系
文献类型：学位论文
| 作者 | 石玉兰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-04-29 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 安黎哲 |
| 关键词 | 高山离子芥 拟南芥 抗寒性 适应机制 细胞质膜 膜脂不饱和度 ω－3脂肪酸去饱和酶 水杨酸 茉莉酸 |
| 其他题名 | Regulation and signal pathways of plasma membrane of Chorispora bungeana response to low temperature |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 细胞质膜是生物对低温产生响应的原初部位。低温下质膜的动态变化尤其是膜脂组分和膜结合蛋白的积极调整可增强细胞的抗寒性，而这种调节能力也是物种抗寒力的反映。本文以冰缘植物高山离子芥为主要研究对象，研究了其悬浮细胞的质膜在低温下的动态变化，并以膜脂变化为突破口，进一步研究了高山离子芥的ω－3脂肪酸去饱和酶基因及其信号响应机制，还结合模式植物拟南芥及其突变体对这些信号响应机制进行了对比研究，揭示了高山离子芥的抗寒机制： 高山离子芥独特的抗寒性得益于其细胞质膜在低温下迅速而有效的动态调节，包括提高膜质不饱和度和H+-ATP酶活性以及灵活调整脂肪酸组分和NOX酶活性。也既是说高山离子芥通过对膜流动性和膜功能蛋白的调节来维持膜结构和功能的完整性，从而保证了低温下细胞正常生命活动的进行。 高山离子芥的三种ω－3脂肪酸去饱和酶的基因已被克隆。经Swissport分析发现这三个酶蛋白均为四次跨膜的弱碱性疏水蛋白，并均含有高等植物ω－3脂肪酸去饱和酶所特有的三个保守的组氨酸簇。它们与十字花科植物播娘蒿的同类基因同源性最高。在进化速度上，CbFAD3和CbFAD7也与这些十字花科植物的同类酶基因基本平行；但CbFAD8的进化则早于十字花科植物，而与桦木科植物银桦和菊科植物高山还阳参的FAD3基因接近。播娘蒿，银桦和高山还阳参均为抗寒植物，由此可见从ω－3脂肪酸去饱和酶基因的进化水平上也能反映出高山离子芥的抗寒性。而这种ω－3脂肪酸去饱和酶基因的不等速进化或许正是高山离子芥具有独特抗寒性的原因之一。 高山离子芥的三种ω－3脂肪酸去饱和酶基因的表达均受低温的影响，但不同低温以及同一低温的不同时间对它们的影响效应是有差异的。在这些基因转录表达增加的同时伴随着膜脂中C18:3含量的提高。故高山离子芥膜脂不饱和度的增加至少有一部分是通过提高ω－3脂肪酸去饱和酶基因的转录表达而实现的。也既是说ω－3脂肪酸去饱和酶基因转录表达的增加有利于低温下高山离子芥膜脂不饱和度的提高和膜流动性的维持，对其抗寒性的提高是有利的。 高山离子芥的三种ω－3脂肪酸去饱和酶基因的表达也受外源SA和JA的影响，但影响效果与外源物质的浓度密切相关，不同的浓度可能导致相反的效果。总的来说，低浓度的诱导效应强于高浓度的，对内质网型的诱导效应强于对质体型的。而且，外源SA或JA可以通过调节基因表达和改变酶活力两种方式来增加膜脂中C18:3含量，部分抑制其中一种方式不会对膜脂不饱和度的提高造成太大影响。我们推测，高山离子芥在低温下也会利用这种多途径信号调节的方式来增加膜脂不饱和度，以维持必要的膜流动性并保证细胞的生存。 低温同样能改变拟南芥中三种ω－3脂肪酸去饱和酶基因的转录表达，而这种或扬或抑的调节又会因基因种类以及基因所在组织的不同而有差异。然而，拟南芥叶片中C18:3的含量变化始终与这些基因mRNA水平的变化保持一致。说明由低温引起的C18:3含量变化主要是由ω－3脂肪酸去饱和酶基因在转录水平上的变化导致的。而这种低温下的转录变化是由茉莉酸信号途径部分介导的，并会被高浓度的外源SA和JA所抑制。与高山离子芥比较，拟南芥的信号调节方式相对单一，这也许就是它的抗寒性较高山离子芥差的原因之一。 综上所述，高山离子芥的抗寒性与其积极的信号响应，灵活且多途径的基因表达及酶活性调控都密切相关。而JA和SA可能都有助于提高高山离子芥的抗寒性，但由它们介导的低温响应基因以及它们在细胞中发挥作用的时间和空间可能是有差别的。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 106 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21720]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 石玉兰. 低温下高山离子芥细胞质膜的信号响应机制与抗寒性的关系[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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