摘要
干旱环境触发植物的各种反应以提高干旱胁迫耐受性和生存能力。丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）是植物响应干旱胁迫中MAPK级联反应的重要成员，尤其是丝裂原激活的蛋白激酶基因MPK6在参与植物响应干旱胁迫中具有重要作用。本研究首先通过对百脉根MPK6基因的理化性质和蛋白质结构、亚细胞定位以及组织特异性表达模式进行生物信息学分析，然后构建MPK6表达载体遗传转化到拟南芥，探索MPK6基因参与信号转导调控拟南芥响应干旱胁迫的分子机制，以解析MPK6基因的抗旱功能。 1、构建遗传进化树认识到MPK6基因与豆科植物的丝裂原活化蛋白激酶家族基因的亲缘关系最近，理化性质和蛋白结构预测发现MPK6蛋白是一类不具有跨膜结构的参与细胞内信号传递的疏水性蛋白激酶。功能蛋白关联网络预测发现MPK6基因与双重特异性蛋白磷酸酶MKP2的相互作用最强，其次是蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1、丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶MKP1、丝裂原活化蛋白激酶激酶MKK2等。MPK6基因亚细胞定位于细胞核，组织特异性表达分析发现MPK6基因在百脉根的根、茎、叶、花和种子等组织中均有表达，其中根和叶中表达量最高。 2、通过构建过表达和抑制表达载体并转化到拟南芥，筛选F3代阳性种子进行抗旱功能研究。GUS染色和蛋白活性检测发现MPK6过表达提高了MPK6蛋白的活性，进而在干旱胁迫下诱导根系生长、维持叶片含水量和防止叶片失绿等机理变化来提高拟南芥的抗旱能力。抗氧化性检测表明，干旱诱导MPK6基因表达提高了拟南芥的抗氧化能力，主要通过MAPK级联代谢途径调控活性氧（ROS）和消除氧化损伤，维持细胞膜的稳定性，减少细胞死亡。石蜡切片组织观察发现MPK6过表达能有效缓解拟南芥叶片的木质化和木栓化。 3、结合MPK6蛋白体外互作分析发现，MPK6基因参与百脉根抗旱的信号转导机制主要响应生理代谢调控、调节细胞结构、ROS清除等多种机制。在干旱胁迫和恢复供水中，对拟南芥的生理变化、根系形态和生育周期检测发现MPK6信号转导调控拟南芥抗旱的机制主要为促进根系生长以获取更多水分，调节细胞渗透压以维持细胞稳态以及参与代谢调控建立抗氧化系统以快速适应干旱环境，但是MPK6信号调节对拟南芥的生育周期没有明显的影响。因此定义MPK6基因在MAPK级联信号转导中发挥调控抗旱功能的主要方式为避旱型和耐旱型，两种机制协同调节植物应对干旱胁迫。
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