类受体胞质激酶MdBIK1对苹果真菌病害灰霉

发布时间：2020-04-05 13:57

【摘要】：类受体胞质激酶(receptor-like cytoplasmic kinase,RLCK)是一类无胞外信号肽结构域和跨膜结构域的激酶家族。在植物中,RLCK主要通过磷酸化下游靶蛋白的方式来参与多种生理功能,包括植物生长、各种植物激素信号的转导、非生物胁迫和生物胁迫应答等(何含杰,2014)。BIK1(Botrytis-induced kinase 1)是一种重要的植物类受体胞质激酶,是作用于多个免疫受体下游的枢纽蛋白,调控多条免疫防御反应。研究表明,植物先天性免疫信号主要依靠RLK/RLCK复合物的磷酸化和转磷酸化,而AtBIK1亦被证明可以与包括FLS2、BAK1、PEPRs等在内的多种模式识别受体发生磷酸化,因此,研究拟南芥BIK1响应激发植物对病原菌等的防御免疫反应机理,对植物抗病具有重要作用。同样地,苹果中的BIK1是否具有与拟南芥相同的免疫作用,或者,会发生怎样的调控机理变化,目前少有报道。因此,在本次研究中,我们分别克隆了苹果中的两个BIK1同源基因MdBIK1-1、MdBIK1-2,并进行了相关的生物信息学分析,获得了超表达的转基因苹果‘王林’愈伤。通过对转基因愈伤进行几种病菌的接种处理,观察MdBIK1在苹果中的抗病性,为接下来研究其在蛋白信号响应以及免疫平衡调节方面的作用奠定基础。本次研究的主要结果如下:1.以实验室已有的‘嘎啦’组培苗所获得的cDNA为模板克隆获得苹果中BIK1的两个同源基因:MdBIK1-1、MdBIK1-2。通过生物信息学分析表明,苹果中的BIK1同样不含胞外信号肽和跨膜结构域,只含有胞内激酶域,并且BIK1属于一种非受体双重特异性激酶,所具有生物酪氨酸和丝氨酸/苏氨酸激酶活性对植物免疫信号的传导具有重要意义。2.对获得的转基因愈伤进行包括灰霉病、腐烂病两种真菌的接菌测试,发现超表达的MdBIK1-2转基因愈伤对灰霉病菌的扩展表现出明显的抑制作用,并且更易受到腐烂病的侵染。3.将接种灰霉病菌的普通苹果‘王林’愈伤和MdBIK1-2的超表达愈伤送转录组测序,发现接种灰霉病的转基因愈伤对植物激素信号转导等途径产生较为明显的影响。4.以实验室已有的MdBAK1的转基因超表达愈伤为基础,再次转入MdBIK1基因,得到了MdBAK1-MdBIK1双基因超表达愈伤,接菌发现,MdBAK1-MdBIK1双基因超表达愈伤使轮纹病的扩展受到抑制,推测二者在植物先天性免疫方面可能共同发挥作用。
【图文】：

激酶,生长发育,胞质,例子

图 1-1 类受体胞质激酶（RLCKs）在植物免疫和生长发育方面功能的例子(Lin et al,2013)Fig.1-1 Examples of receptor-like cytoplasmic kinases (RLCKs) functions in plant immunity and development (Lin etal, 2013)1.2.2 RLCK 的生物学功能1.2.2.1 调控植物的生长发育植物的生长发育状况因所处环境的复杂多变性，会受到各种因素如自身遗传特性、外界环境优劣等的影响。植物之所以能够健康生长，究其根本，主要是由于植物自身在面对不同的环境条件时能够及时做出反应，维持自身稳态（Vanstraelen et al, 2012）。植物维持自身稳态的平衡主要依靠六大激素的信号传递，，而类受体胞质激酶又恰恰是植物激素信号传导的关键调节因子。比如，BSK 作为 BR 信号通路的下游信号分子（Kim etal,2009; Tang et al,2008），参与植物 BR 信号的转导，从而影响植物胚轴和根的发育，已验证出的有拟南芥的类受体胞质激酶 AtBSK3 基因。同样地通过 BR 信号发挥调节植物

调节模式,激酶,动态平衡

PK28（Liangetal;Monaghanetal,2014）。在此基础上，Wang 等人发现了反向调节两个同源 E3 连接酶——PUB25 和 PUB26。这两个植物 U-box 蛋白的状态与 BIK大小息息相关：G 蛋白抑制 PUB25/26 活性来稳定 BIK1，而 CPK28 则通过增25/26 活性来促进 BIK1 降解。有趣的是，PUB25/26 特异性靶向未激活的 BIK1，制活化的 BIK1 库的大小，其中 G 蛋白、PUB25/26 和 CPK28 形成信号模块，不总量，还调节植物免疫反应前后激活的 BIK1 蛋白的比例，从而控制免疫稳态（Wa,2018）。这些研究结果揭示了一个多蛋白质调控模块，使得免疫反应的调节机制体和紧密。BIK1 在免疫稳态中发挥重要的调节作用。首先，BIK1 磷酸化是 BIK1 激活的前提蛋白磷酸酶 PP2C38 的负调控（Couto et al,2016）。其次，BIK1 的稳定性受到2 / XLG3（Gα），AGB1（Gβ）和 AGG1 / AGG2（Gγ）组成的异源三聚体 G 蛋白调控，同时也受到泛素蛋白酶体系统（钙依赖蛋白酶 CPK28）的反向调控（Liang16;Monaghan et al,2014）。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.611.1

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