拟南芥TOR抑制剂抗性突变体的筛选及初步定位

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TOR(雷帕霉素的靶标)激酶在酵母、植物、动物和人类进化中是一个保守的主调节因子,它整合营养和能量信号来促进细胞增殖和生长,TOR信号通路与生物的很多生理机能密切相关,如细胞生长、细胞分裂、细胞的新陈代谢等进程都有着密不可分的关系。通过对出芽酵母抗雷帕霉素的遗传突变筛选,TOR首先被鉴定出来。雷帕霉素是一种能够阻断人类T细胞激活和增殖的免疫抑制剂,雷帕霉素可以与 FKBP12结合,形成 RAPA-FKBP12二元复合物,然后 RAPA-FKBP12复合物作用于TOR的FRB结构域以此抑制TOR激酶活性。虽然在酵母中鉴定出了两个TOR基因,但随后在拟南芥、绿藻、大多数动物和人类中只鉴定出了一个TOR基因。拟南芥和人类的TOR基因具有高度相似的氨基酸序列,特别是在蛋白激酶区(75%的相似性),表明这些蛋白激酶具有相似的功能和蛋白基底。在动物和酵母中关于TOR信号通路已经进行了深入的研究,但由于拟南芥FKBP12无法与雷帕霉素形成二元聚合物,导致雷帕霉素不能与拟南芥TOR的FRB结构域结合,从而不能抑制TOR蛋白的活性,所以关于拟南芥的TOR通路研究较少,本文通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱导Columbia-0(Col-0、Col, WT)型拟南芥筛选出了具有TOR抑制剂抗性的突变体,对这些突变体进行表型观察分析和基因定位等相关研究。主要结论如下:  1.突变体筛选结果  实验中所用Columbia(Col)拟南芥都已转入酵母中的FKBP12蛋白,转入植株被命名为 BP12-2。TOR的一代抑制剂为雷帕霉素(RAP),二代抑制剂为 KU、AZD、Torin1等,分别用RAP和AZD将TOR的FRB结构域和Kinase结构域抑制,用EMS诱变Col型拟南芥,利用RAP+AZD双重抑制TOR活性,筛选出9个对 RAP+AZD抑制剂不敏感的突变体,命名为 TOR抑制剂抗性突变体(tor-inhibitor-insensitive,trin),分别为trin-1、trin-2、trin-6、trin-8、trin-10、trin-12、trin-16、trin-17、trin-19。  2.表型观察结果  9个突变体生理成熟后,所表现出的外观性状有所不同,且大致分为三类:(1)野生表型单株:trin-1、trin-6、trin-8、trin-10、trin-12;(2)双果荚、生长缓慢单株:trin-2;(3)双果荚、不育单株:trin-16、trin-17、trin-19。  3.钾敏感度实验结果  用不同浓度钾培养基进行鉴定,将钾元素浓度按照MS培养基的配方从低到高设置了7个等级,分别是0%、10%、20%、30%、40%、50%和100%,每个突变体在不同钾浓度下又设置了两次重复,对9个突变体做不同浓度钾培养基的直接培养和先在正常1/2MS培养基上铺种,长10天左右转苗到不同浓度梯度钾培养基的间接培养实验,9个突变体中发现了有对低钾或无钾敏感的突变体 trin-2突变体。  4.遗传分析  统计和观察突变体和野生型 Lansberg(Ler)杂交组合中的 F1代和 F2的植株中在培养基上的表型,发现所有的F1表现正常,都表现出萎蔫枯黄,表明9个突变体均为隐性突变;而F2代中的苗子在筛选培养基上出现正常生长和萎蔫枯黄不正常生长两种表型,统计不同杂交组合的表型,?2测验显示正常植株与突变植株的分离比均符合3:1,表明每个突变体的突变性状均受1对隐性核基因控制。  5.初步定位结果  利用突变体和野生型Lansberg(Ler)杂交组合中F2群体对TOR抑制剂抗性系列突变体进行定位。结果表明,trin-1定位在第3条染色体上9.3M(1M=1024kb,1kb=1024b)处的ciw11分子标记附近;trin-2定位在第5条染色体上13.4M处的PHYC和16.3M处的ciw9分子标记之间; trin-6定位在第1条染色体上20.0M处的nga280和26.1M处的nga111分子标记之间;trin-8定位在第3条染色体上18.0M处的ciw4和22.0M处的nga6分子标记之间;trin-10定位在第4条染色体0.7M处的ciw5和7.5M处的ciw6分子标记之间;trin-12定位在第4条染色体0.7M处的ciw5和7.5M处的ciw6分子标记之间;trin-16定位在第5条染色体上13.4M处的PHYC和16.3M处的ciw9分子标记之间;trin-17定位在第5条染色体上13.4M处的PHYC和16.3M处的ciw9分子标记之间;trin-19定位在第5条染色体上13.4M处的PHYC和16.3M处的ciw9分子标记之间。  6.候选基因分析  将初步定位后确定的分子标记之间的序列进行了测序,确定了各突变体的候选基因范围。其中trin-1的候选基因为8个;trin-2的候选基因为5个;trin-6的候选基因为6个;trin-8的候选基因为6个;trin-10的候选基因为2个;trin-12的候选基因为10个;trin-16的候选基因为10个;trin-17的候选基因为5个;trin-19的候选基因为9个。
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