摘要
脱落酸(abscisic acid，ABA)是五大类植物激素之一，参与调控植物各阶段的生长发育，如种子萌发、成熟与休眠、根系发育、叶片枯萎等。作为“逆境激素”，在植物应对干旱、寒冷和高盐等各种环境胁迫过程中也发挥着关键作用。ABA的生理功能从上个世纪六十年代以来已经逐步得到了阐明，而对ABA介导的信号转导途径却知之甚少。特别是细胞的ABA受体和其下游成分，一直争论不休。2009年，《Science》杂志同期发表了两个研究组在拟南芥上的独立研究成果。他们通过结构生物学分析发现，并经酵母双杂交和免疫共沉淀等实验证明，PYL(pyrabactin resistance1-like)蛋白是ABA的受体，PYL与ABA结合后发生构型变化，阻碍底物蛋白进入PP2C的催化活性中心，直接抑制PP2C的磷酸酶活性，证明PP2C可能是ABA信号转导途径的第二信使。 但是，在拟南芥上的研究表明，PYL家族有14个成员，PP2C家族更分为13个亚家族，成员多达80个。所有这些成员之间并不都存在互作关系，也不一定都参与ABA信号转导。本研究的前期生物信息学分析表明，玉米基因组的PYL序列分为3个亚家族共13个成员，PP2C序列分为16个亚家族，成员多达130个。本研究对玉米ZmPYL3和ZmPP2C16蛋白进行了生物信息学预测和分析，利用酵母双杂交和双分子荧光互补技术检测ZmPYL3与ZmPP2C16蛋白的互作情况，并用实时荧光定量PCR检测ABA诱导下ZmPYL3和ZmPP2C16基因的表达情况，以期为玉米ABA信号转导途径研究提供参考。 主要研究结果如下: (1)对氨基酸组成、跨膜结构域和亚细胞定位、二级以及三级结构的生物信息学预测表明，ZmPYL3和ZmPP2C16是亲水的酸性蛋白，分布于细胞质中，主要结构元件为α螺旋和无规则卷曲。进化树分析表明，ZmPYL3与拟南芥PYL三亚家族各成员的亲缘关系较近，而ZmPP2C16与拟南芥PP2C响应ABA诱导的6个A类成员亲缘关系较近。 (2)用ZmPYL3和ZmPP2C16基因分别构建酵母双杂交诱饵载体pGADT7-ZmPYL3和捕获载体pGBKT7-ZmPP2C16，共转化酵母AH109菌株，以pGADT7-T和pGBKT7-53共转化体作阳性对照,pGADT7-T和pGBKT7-Lam共转化体作阴性对照，在营养缺陷型培养基SD/-Trp-Leu-His-Ade上筛选，再经过ABA诱导后，用5-溴-4-氯-3-吲哚基β-D-吡喃半乳糖苷显色。结果表明，pGADT7-ZmPYL3和pGBKT7-ZmPP2C16的共转化体，与阳性对照一样正常生长，在ABA诱导下显现蓝色，而阴性对照不显色，表明ZmPYL2和ZmPP2C16存在相互作用关系。 (3)分别将ZmPYL3和ZmPP2C16基因插入pSY736和pSY735质粒，构建双分子荧光互补载体pSY736-ZmPYL3(YFPN)和pSY735-ZmPP2C16(YFPC)，共转化玉米原生质体。荧光共聚集显微镜检测结果表明ZmPYL3和ZmPP2C16蛋白之间存在着互作，而且互作发生在细胞质中。 (4)以玉米自交系“B73”为材料，用实时荧光定量PCR分析ZmPYL3和ZmPP2C16基因在ABA诱导下的表达模式。结果表明:ZmPYL3基因在ABA诱导下下调表达;ZmPP2C16基因在ABA诱导下上调表达。 综上所述，ZmPYL3和ZmPP2C16可在ABA诱导下相互作用，其编码基因响应ABA诱导而下调或上调表达，说明ZmPYL3和ZmPP2C16分别是玉米的ABA信号转导途径的受体之一和第二成分之一，可能参与逆境胁迫下的ABA信号转导。
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