高温胁迫是影响植物正常生长发育的一个重要逆境因子,它可以直接造成植物体内蛋白质的变性和聚合,并促进细胞膜质流动性的增加,影响膜的稳定性,最终严重影响植株正常的生长和发育,甚至导致植物体死亡。然而,植物自身具有多种机制可以抵御一定的高温胁迫,例如维持膜稳定性、清除活性氧族、积累具有抗氧化作用的化合物,以及诱导产生促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)和钙依赖性蛋白激酶(CDPK)信号和细胞应答,其中激活转录因子和诱导分子伴侣信号应答是高温胁迫应答的关键。现阶段对高温胁迫的研究大多集中在热激蛋白(HSPs)和热激转录因子(HSFs),对参与高温胁迫应答反应的重要功能蛋白的报道相对较少。据报道,P4-ATP酶家族所转运的氨基磷脂分子是构成膜脂质双分子层的主要组分,因此推测P4-ATP酶作为脂质翻转酶负责翻转来稳定膜磷脂的不对称性很可能与植物抗逆反应有关。拟南芥中P4型ATP酶家族共12个成员,其中ALA6功能尚不清楚。本研究以拟南芥野生型(WT)、P4型ATP酶ALA6基因T-DNA插入位点突变体(ala6-1)、ALA6互补(COM)、过表达(OE)和功能位点突变系(D426A)为材料,应用生物信息学、分子生物学、生理学等研究方法,研究ALA6参与植物高温胁迫应答的分子机制。主要研究结果如下:1.与野生型植株幼苗相比,T-DNA等位插入突变体(ala6-1)幼苗在高温胁迫处理后,致死率明显升高,表现出特异性地对高温胁迫极度敏感的表型。与野生型相比较,ala6-1突变体在热胁迫处理后其相对电导率升高,表明其生物膜稳定性较野生型差。高温胁迫后野生型与ala6-1突变体植株的叶绿素含量都有所降低,表明高温可能会抑制叶绿体的光合活性。此外,在经热处理后,ala6-1突变体中叶绿素b/a的比值显著增加。这些结果表明,ALA6的缺失可能加剧热胁迫对膜性细胞器的损害。综上所述,ALA6在热胁迫下可能是作为一种膜的稳定剂对细胞起保护作用。2.将外源ALA6导入野生型和ala6-1突变体,获得相应的转基因植株。ALA6基因的过表达可明显提高幼苗耐热性。对ALA6保守的磷酸化功能位点点突变诱变后发现,突变后的ALA6不能恢复ala6-1的热敏感表型,表明ALA6磷脂转运酶可能参与高温胁迫应答。3.GUS组织化学染色发现,ALA6基因除根尖分生区外在其他组织(如下胚轴、子叶、花瓣、花药、果荚)中均有表达,尤其是幼苗期(2~6天)的下胚轴与根过渡区最为显著,且表达部位受发育时间的控制,高温也可以诱导其表达。4.转录组学分析显示:差异表达的基因主要参与和胁迫应答反应有关的生理过程,如细胞质内隔室结构的维护、高分子物质的稳定及能量生产。ALA6基因可能通过调控这些信号通路来参与拟南芥对高温胁迫的应答。综上所述,当植物遭受高温胁迫时,ALA6的作用对维持膜脂的稳定性至关重要。本研究不仅对于揭示植物耐受逆境胁迫的分子机制具有重要的学术价值,并且还为利用ALA6基因提高植物对逆境胁迫环境的耐受性,培育耐受不良环境胁迫的新作物品种等相关研究提供新的研究思路。