拟南芥UBP15和ASK1相互作用调控器官大小的分子机理研究

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植物器官大小的调控在发育生物学领域是一个重要的问题。一般来说,植物器官最终的大小是通过前期的细胞分裂和后期的细胞扩展这两个生物学过程共同决定的。目前,在模式植物拟南芥和其他植物中已经通过筛选并获得了一些器官大小调控因子,对这些因子的功能分析为深入解析植物生长发育机制提供了重要参考。拟南芥去泛素化酶UBP15是重要的植物器官和生物量调控因子,但是,对于其调控器官大小的机理尚不清楚。为进一步解析UBP15参与植物器官大小调控的分子机理,本研究通过转录组学分析筛选UBP15突变体背景下表达差异的基因,并得到一个差异表达基因ASK1(编码一个E3泛素连接酶SCF复合体成员)。已有研究结果表明,该基因参与植物生长发育的调控,这意味着UBP15可能与ASK1共同作用于相同的通路调控植物器官大小。基于上述分析,本文主要对ASK1基因调控植物器官大小的作用机理及其与UBP15的相互作用关系进行了深入分析和研究,得到以下主要结果:(1)ask1-3突变体及ASK1-RNAi突变体均表现为较小的器官和植株,ASK1过表达植株则出现相反的表型,说明ASK1是器官大小的重要调控因子。同时ask1-3突变体及ASK1过表达植株叶片和花瓣大小分析结果表明,ASK1通过影响细胞增殖(增殖持续的时间和速率)来调控器官的大小。(2)利用[Col-0、ubp15-1、ask1-3和ubp15-1 ask1-3]、[Col-0、UBP15-OE、ask1-3和UBP15-OE ask1-3]、[Col-0、ubp15-1、ASK1-OE和ubp15-1 ASK1-OE]三组遗传材料,分析UBP15和ASK1在调控器官大小遗传通路中的相互作用关系。结果表明,在细胞增殖和器官大小调控方面,UBP15和ASK1位于同一个通路中。(3)通过在烟草瞬时表达系统中共同表达拟南芥UBP15和ASK1蛋白,当UBP15正常表达时,ASK1蛋白水平得到了富集;当UBP15表达失去去泛素化酶活性时,ASK1蛋白水平不出现明显升高,说明UBP15正向调控ASK1的蛋白水平。结合UBP15和ASK1在遗传通路中的作用关系,表明UBP15作用于ASK1的上游并且能够影响ASK1的蛋白稳定性,两者共同调控器官大小。同时,对于ASK1基因表达水平出现的变化,可能是由于其蛋白水平发生变化而引起的反馈作用。(4)通过酵母双杂交实验,发现UBP15和ASK1在酵母系统中能够发生相互作用。通过双分子荧光互补实验,发现UBP15和ASK1在植物中能够发生相互作用。综上分析可得,UBP15和ASK1在体外体内均能够发生相互作用。(5)部分蛋白质组学数据分析结果显示,四个细胞周期因子CYCT1;5、CYCD3、CDKA;1和CDKF;1在Col-0、ubp15-1、ask1-3和ubp15-1 ask1-3中的蛋白质丰度不同,但其基因表达水平不存在明显变化。因此,综合以上结果表明UBP15和ASK1可能通过影响这些细胞周期因子的蛋白水平,来参与器官大小的调控。综上所述,通过本文一系列的研究可知,UBP15能够与ASK1发生相互作用并影响ASK1蛋白的稳定性,两者作用于同一通路并共同参与细胞增殖和植物器官大小的调控,同时,CYCT1;5、CYCD3、CDKA;1和CDKF;1等是两者共同调控的下游因子。本文初步阐明了UBP15和ASK1在调控细胞增殖和植物器官大小通路中的关系和互作机理,为更深入地揭示UBP15有关的植物器官大小调控机制奠定了良好的研究基础。
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