摘要植物在夏季会遭受高温和长时间光照两种环境信号的影响。在应对高温环境时,植物会通过调整自身的生理、生长和发育程序以避免环境高温造成的损伤,如热形态建成,其主要表型为下胚轴和叶柄伸长、叶角偏上生长等;而植物在应对光照时,往往通过光形态建成以适应光环境,主要表型为下胚轴和叶柄生长抑制、光合作用相关基因表达、叶绿体发育等。因此,高温和光信号相互拮抗地调控着植物下胚轴适应性生长过程,解析植物如何整合高温信号和光信号调控其生长发育以更合地适应夏季高温和长日照环境的机制,对于我们理解植物生长发育对外界环境变化的可塑性非常的重要。<br> 本论文前期以热形态建成核心调控 因子 PIF4 为诱饵蛋白,通过酵母双杂交筛库,发现热胁迫响应过程中一个核心调控因子 HEAT SHOCK FACTOR A1 家族成员HSFA1d 能与 PIF4 在酵母中相互作用,并发现 HSFA1 家族其他成员 HSFA1a 和HSFA1b均能与 PIF4发生相互作用,但 HSFA1e不能与 PIF4互作。基于此发现,我们进一步分析了 HSFA1s 家族成员相关突变体材料的热形态建成表型,发现 HSFA1d及其同源蛋白 HSFA1a和 HSFA1b冗余地调控拟南芥高温诱导的下胚轴伸长过程,并且该促进作用主要在白天发生。为了探究其中的机制,我们进一步分析了 HSFA1d 如何影响 PIF4 的功能,基因表达、荧光素酶瞬时表达和凝胶迁移率实验表明 HSFA1d并不会在转录水平上影响 PIF4;蛋白稳定性分析发现 HSFA1d 可以促进 PIF4 蛋白在白天的高温环境下积累,而在缺失了 HSFA1a、 HSFA1b 和 HSFA1d 的三重突变体(eTK)中PIF4蛋白不能在白天高温下积累。有意思的是,本论文发现HSFA1d可以通过阻止高温感受器phyB与 PIF4的结合来抑制 PIF4蛋白的降解,从而提高PIF4蛋白在白天高温环境下的稳定性。同时,我们还发现,光和高温可以协同调控 HSFA1d的蛋白积累以及细胞核定位,只有在光照(白光和红光)和高温同时存在的环境下, HSFA1d才可以积累,并进入细胞核,在细胞核内阻止 phyB与 PIF4结合,从而导致PIF4蛋白的积累,从而使植物进行热形态建成,适应光热共存的环境。<br> 因此,本论文建立了HSFA1d-PIF4模块参与热形态建成新的信号通路,并揭示了HSFA1s 家族成员作为整合光和温度信号的核心调节因子,帮助植物更好地响应和适应夏季高温环境的分子机制,为我们改良作物高温适应性的分子育种提供理论基础。
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