（植物学专业论文）蜡质合成与转运相关基因的功能研究.pdf

独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：孔、传 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 导师签字，72 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权缝l 可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 。 学位论文作者签名：矾、伶 签字日期：( 枷7 年钼“日 导师签字： t q 。乏 签字日期：乒柙年f 月日 山东师范大学博士学位论文 蜡质合成与转运相关基因的功能研究 摘要 陆生植物的气生器官的表皮覆盖着一层由蜡质形成的脂膜，它主要由长链疏水物质组成 的。这些物质是特长链脂肪酸的衍生物，c 1 6 或c 1 8 脂肪酸在内质网上延伸成特长链脂肪酸。 表皮蜡质的物理化学性质决定它在植物的生命周期中起着重要的作用。蜡质的主要作用是限 制非气孔性失水，另外，在防止紫外线的照射、抵抗细菌、真菌病原菌的入侵中都起一定的 作用。但对于蜡质的合成和调节途径仍然不清楚，已经提出许多模式用来解释蜡质的合成与 运输途径。蜡质前体是在质体中合成并在内质网中延伸成特长链酯酰辅酶a ， 合成的特长链 酯酰辅酶a 通过四种不同的途径转化成蜡质组成成分。现在还不清楚蜡质组成成分是如何从细 胞内到达表皮的。内质网、转运小泡、配体物质、膜泡受体和其它分泌因子可能参与了蜡质 的分泌过程。越来越多的证据表明非特异性脂转运蛋白可能参与了蜡质的运输。 在植物中已经发现了一组称为非特异性脂转移蛋白的蛋白，虽然现在我们还不清楚它在 体内的具体功能，但许多研究表明在体外它能结合并跨膜运输磷脂，糖脂和脂肪酸等，许多 物种的n s l t p 已经被分离出来，并且一级和高级结构都已经研究清楚，非特异性转移蛋白具有 很高同源性，它们是碱性的富含半胱氨酸的蛋白质，在n 端有一个信号序列，8 个保守的半胱 氨酸残基能形成4 个二疏键以维持蛋白的空间结构，在其空间结构的中心形成一个能容纳脂类 物质的洞穴，虽然如此，但在体内还不知道n s l t p 的配体是哪些物质，对于n s l t p 能否在体内 能够结合并转运腊类还没有明确的定论。n s l t p 在植物体内广泛存在并由一个基因家族编码， 猜测n s l t p 在植物体内可能有许多不同的功能。由于它能结合和转运脂类物质推测它可能参与 植物体内许多不同的生理过程，如转运蜡质的角质单体到表皮细胞外侧，作为杀菌剂抵抗病 原菌的入侵以及花粉和柱头的识别等，另外发现n s l t p 对各种胁迫有很强的反应，干旱、温度 的变化，盐渍化等非生物胁迫都能诱导其表达量迅速上升。但是n s l t p 是定位在细胞壁中的一 类蛋白，没有直接的证据表明它能体内转运脂类物质，尽管猜测它可能参与多种生理过程， 但对于其具体的生物学功能仍不清楚，另外，由于n s l t p 在不同组织和不同发育阶段的特异性 表达，以及各个n s l t p 之间是否存在功能上的互补也为准确确定其功能增加了难度。 通过4 、盐芥的c d n a 文库大量测序，在1 0 0 0 个e s t 序列中获得1 4 个编码n s l t p 的序列，这表 山东师范大学博士学位论文 明它是个中等丰度的基因。测得n s l t p 序列全长为6 3 4 b p ，含有一个编码1 1 2 个氨基酸的阅 读框架，n 端的2 3 个氨基酸组成一段信号肽序列，表明它可能和分泌有关，通过软件分析发 现小盐芥的n s l t p 和其它植物的n s l t p 无论在级结构还是空间结构上都有很高的同源性， n o r t h e r n 分析表明小盐芥的n s l t p 在不同盐浓度和不同盐处理时间下表达量迅速上升，a b a 、 p e g 、低温和高温都能诱导n s l t p 的表达，这表明n s l t p 参与植物对抗各种胁迫的反应。 在拟南芥中过量表达和在盐芥中沉默表达t h - n s l t p4 都引起了转基因植株表皮蜡质总 量和表皮透性的改变。拟南芥中过量表达t h n s l t p4 能提高转基因植株的耐旱和耐盐性可能 与表皮透性降低有关，表皮透性降低的可以限制植物体内的水分通过表皮的蒸发，使植物体 内有相对较多的自由水来缓解胁迫对植物的伤害。t h - n s l t p4 作为一个蜡质转运蛋白它的过 量表达能提高蜡质总量，可能是由于t h n s l t p4 作为一个蜡质转运蛋白它的量增加加快了蜡 质成分的转运并在一定程度上反馈促进蜡质合成的增加。p e g 和甘露醇模拟生理干旱处理时 转基因植株的表型和野生型的差别不如自然干旱和盐适应处理下的明显暗示t h n s l t p4 的 作用是个缓慢而持续的过程，转基因植株的蜡质增加不明显但明显提高了转基因植株的耐 逆性有以下原因：过量表达t h n s l t p4 促进了蜡质合成的增加并降低了表皮透性；胁迫处理 会诱导蜡质合成的增加，而过量表达t h n s l t p4 的可加速蜡质成分的转运速度加快表皮蜡质 晶体缩短了响应胁迫的时间；砌，l 豇7 p4 是定位在细胞外的蛋白，大量的n s l t p 积聚在细胞 壁可能对细胞壁的透性有影响阻止水分通过细胞壁向外散失。 w a x 2 y r e 是个由酰基辅酶产生醛的酶，为了迸一步的研究w a x 2 y r e 功能，我们把它 在拟南芥中过量表达期望能增加拉蜡质的含量和某些成分的改变，但是获得的所有的转基因 植株在t 。代就表现出缺少蜡质的突变体表型，花序轴表面光滑鲜绿缺少白芒状的蜡质晶体， 并且该性状能稳定遗传，也就是说过量表达和内源的w a x 2 y r e 发生了共抑制。总之，植物的 蜡质合成途径中相关基因的表达水平是受严格调控的，也可能存在其它的控制因子而不蜡质 合成基因来调控蜡质的合成，当蜡质合成基因在错误时间和错误组织中的表达时可诱导内源 基因的沉默并导致该基因底物的积累，过量积累的底物或其它因子通过反馈抑制蜡质最初前 体物质进入蜡质合成途径实现对整个蜡质合成途径的抑制。 关键词：蜡质非特异性脂转移蛋白w a x 2 g c m s 盐芥 山东师范大学博士学位论文 s t u d y i n gt h ef u n c t i o n so fb i o s y n t h e s i sa n ds e c r e t i o ng e n e so fp l a n t c u t i c u l a rw a x a b s t r a c t w a xf o r mac o n t i n u o u sl i p i dm e m b r a n c ec o v e t i n gt h ee p i d e r m a lc e l l so fa l la e r i a lp l a n t o r g a n s i tm a i n l yc o m p r i s e do fl o n y c h a i na l i p h a t i cc o m p o u n d sd e r i v e df r o mv e r yl o n gc h a i nf a t t y a c i d st h a ta r ee n l o n g e df r o mc 1 6 - o rc 1 8 - l o n gf a t t ya c i d si ne rb ym a n yf a t t ya c i de l o n g a t i o n ( f a e ) e o m p l e x s t h ec h e m i c a la n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so fc u t i c u l a rw a x e si n d i c a t et h a tt h e yh a v e v i t a lf u n c t i o n sf o rp l a n tl i f e t h ep r i m a r yr o l eo fc u t i c u l a rw a x e si st or e s t r i c tn o n - s t o m a t a l w a t e r l o s s w a x e sa l s oh a v em a n yo t h e rf u n c t i o n s s u c h p r o t e c t i o na g a i n s tu vr a d i a t i o na n d r e s i s t i n gb a c t e r i a la n df u n g a lp a t h o g e n e s h o w e v e r ，t h em e t a b o l i ca n dr e g u l a t o r yp r o c e s s e so f w a x e ss y n t h e s i sa r es t i l li ne n i g m a t i c m a n ym o d e l sh a v eb e e np u to u tt oe l u c i d a t et h e s ep r o c e s s e s o fw a xb i o s y n t h e s i sa n dw a xs e c r e t i o n w a xp r e c u r s o r sa r es y n t h e s i z e di nt h ep l a s t i d sa n d e n l o n g a t e dt ov e r yl o n ga c y l c o ac h a i n s 丛d i r e c tp r o c e s s o r si ne l l o n c et h ev e r yl o n ga c y l - c o a c h a i n sa r es y n t h e s i z e d ，t h e ya r ec o n v e r t e dt oc u t i c u l a rw a x e sb yf o u rd i f f e r e mp a t h w a y s i ti sn o t k n o wh o wc u t i c u l a rw a x e sr e a c ht h ee p i d e r m a ls u r f a c ef r o mi n t r a c e l l u l a r t h ep a t h w a ym o s t l i k e l yi n v o l v e se n d o p l a s t r i cr e t i c u l u m , t r a n s p o r tv e s i c l e s ，s u b s t r a t el i g a n d s ，v e s i c l em c e p t o r sa n d m a n yo t h e rs e c r e t o r yf a c t o r s h o w c v e r , m o r ea n dm o r ee v i d a n c e sp r o v i dt h a tn s l t p sm a yb e i n v o i v e di nw a x t r a n s p o r tt ot h es u r f a c e 掣 ag r o u po fp r o t e i n st e r m e dn o n s p e c i f i cl i p i dt r a n s f e rp r o t e i n s ( n s l t p s ) w e r ef o u n di n p l a n t s u pt on o w , w ed on o tk n o wt h e i rf u n c t i o n si nv i v o ，b u tm a n yr e s e a r c h e sh a v et e s t i f i e dt h a t t h e s ep r o t e i n sc a l lb i n da n dc a t a l y z ew a n s f e ro fl i p i d si nv i t r o ，w h i c hi n c l u d ep h o s p h o l i p i d s ， g l y c o l i p i d sa n df a t t ya c i d s al a r g en u m b e ro ft h e s ep r o t e i n sh a v eb e e ni s o l a t e da n dt h e i rp r i m a r y a n ds e c o n d a r ys t r u c t u r e sh a v eb e e ni d e n t i f i e d t h e s er e s u l t ss h o w e dt h e s ep r o t e i n sh a v eah i 曲 d e g r e eo fs i m i l a r i t y ；t h e ya r eb a s i ca n dc y s t e i n e - r i c hp r o t e i n s 、i mas i g n a lp e p t i d ea n dac o m m o n p a t t e r no fe i g h tc y s t e i n e st h a te n g a g e di nf o u rd i s u l p h i d eb r i d g e sh o l d i n gt o g e t h e rf o u rah e l i c e sa n d s t a b i l i z i n gt h es t r u c t u r a lf o l d ah y d r o p h o b i cc e n t r a lc a v i t yi nw h i c ho c c u p i e db yl i p i d si sf o u n d b e t w e e nt h ef o u rh e l i c e s h o w e v e r ，i th a sb e e nd i f f i c u l tt od r a wa n yc o n c l u s i o n sa b o u tt h ei nv i v o a c t i v i t yo fn s l t p sf r o mt h e i rl i p i db i n d i n gp r o p e r t i e sb e c a u s ei ti su u k n o w nw h i c hl i g a n d s ，i fa n y ， a r eb o u n dt on s l t p si nv i v o t h e s ep r o t e i n sa r eu b i q u i t o u si nt h ep l a n tk i n g d o mw h e r et h e yf o r ma m u l t i p l eg e n e t i cf a m i l y t h es u g g e s t i o nt h a tt h e yw o u l da c t 越i n t r a c e l l u l a rt r a n s p o r t e r so fl i p i d s b e t w e e no r g a n e l l e s ，s o ，m a n yd i f f e r e n tf u n c t i o n sh a v eb e e np r o p o s e df o rp l a n tn s l t p s t h e yh a v e ： 当至竺垫奎兰堡圭望竺堡兰 b e e ns u g g e s t e dt ob ei n v o l v e di nd i f f e r e n ta s p e c t so f p l a n tp h y s i o l o g ya n dc e l lb i o l o g yt h r o u g ht h e i r a b i l i t yt ob i n da n d o rc a r yl i p o p h i l i cc o m p o u n d s ，i n c l u d i n gt h ef o r m a t i o no fc u t i nb yt r a n s p o r t i n g t h eh y d r o p h o b i cc u t i nm o n o m e r s 幻t h ea p o p l a s ta n dt h ed e f e n c eo fp l a n t sa g a i n s tp a t h o g e n sa s a n t i m i c r o b i a a g e n t sa n di nf l o w e r i n g ，a l s on s l t p sh a v eb e e ns u g g e s t e dt ob ei m p o r t a n ti ns e v e r a l t y p e so f p l a n ts t r e s sr e s p o n s ei n c l u d i n gr e s p o n s e st od r o u g h ta n dt e m p e r a t u r ec h a n g e sa n dc o l da n d e n v i r o n m e n t a lc h a n g e s h o w e v e r ，i nf a c t , n s l t p sa r ee x t r a c e l l u l a rp r o t e i n s ，s ot h e r ei sy e tn od i r e c t d e m o n s t r a t i o no fa ni nv i v of u n c t i o n d e s p i t et h e i ri m p l i c a t i o ni nt h e s ed i v e r s ea s p e c t so fp l a n t b i o l o g y , i ti sn o tc l e a rw h i c hs p e c i f i cr o l en s l t p sp l a yh e r e ，b e c a u s ei nag i v e np l a n t , s e v e r a l n s l t pg e n e sc a l lb ef o u n d , a n dt h e ya r eo f t e ns p e c i f i c a l l ye x p r e s s e di nb o t ht i m ea n dt i s s u e a l s o i n d i v i d u a ln s l t pg e n e sa r ei n d u c e du n d e ra v a r i e t yo f c o n d i t i o n s i ti sn o tc l e a rw h e t h e rt h ev a r i o u s n s l t p sh a v ef u n c t i o n a lo v e r l a p i ft h i si st h ec a s e ，i tm a yp r o v ed i f f i c u l tt ou s eg e n e t i ca p p r o a c h e s i nd e t e r m i n i n gt h ef u n c t i o no f n s l t p s weh a v ei d e n t i f i e dan u c l e o t i d es e q u e n c ef r o me s t s ( e x p r e s s e ds e q u e n c et a g s ) a c q u i r e d f o r mae d n al i b r a r yo ft h e h u n g i e l l ah a l o p h i l at r e a t e dw i t h2 0 0 m m n a c lb yt h el a r g e s c a l ep a r t i a l s e q u e n c i n go f r a n d o m t ys e l e c t e de d n ac l o n e s t h i ss e q u e n c ee m e r g e sf o u r t e e nt i m e si n10 0 0e s t s l i b r a r y t h e s er e s u j ti n d i c tt h a ti ti sam i d d l ea f f l u e n t l yg e n ei ne d n al i b r a r y t h ee d n ao f6 3 4 b a s e p a i r sc o n t a i n sa l lo p e nr e a d i n gf r a m eo f3 3 9n u c l e o t i d e se n c o d i n gan o v e ln o n s p e c i f i cl i p i d t r a n s f e rp r o t e i n t h ef i r s t2 3a m i n oa c i d sc o n s t i t u t et h ep u t a t i v es i g n a lp e p t i d e , c h a r a c t e r i s t i cf o r t a r g e t i n gt ot h es e c r e t o r yp a t h w a y w ea n a l y z e dt h e i rs e q u e n c ec h a r a c t e r i z a t i o n s ，g e n o m i c s t r u c t u r e sa n dt r a n s c r i p t i o nl e v e l su n d e rm a n ys t r e s s e s t h ep r e d i c t e da m i n oa c i ds e q u e n c eo f7 7 h a l o p h i l ai sh i g h l ys i m i l a rt ot h a to ft h eo t h e rp l a n tn s l t p s a n a l y s i so fm r n al e v e l sb yn o r t h e r n b l o t t i n gi n d i c a t e dt h a tt h ee x p r e s s i o nl e v e lo fn s l t pi nzh a z o p h i l al e a v e sw a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e da f t e rb e i n gt r e a t e dw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fn a c i ，a n dd i f f e r e n th o u r sw i t h 2 0 0 m m o l ln a c i t h et r a n s c r i p t i o nl e v e la l t h o u g hi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ya f t e rt h et r e a t m e n tw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so f a b a ，p e ga n dt r e a t m e n tw i t hd i f f e r e n th o u r so f h o t ( 3 7 9 c ) a n dc o l d ( 4 、t h e s er e s u l ts h o wt h a tt h i sg e n ei sas t r e s sr e s p o n s eg e n eo rh a v ei m p o r t a n tr o l ei nt h e t o l e r a n c es t r e s s e s i no r d e rt ot e s t i f yt h ef u n c t i o no ft h eg e n e ，w eh a v ec l o n e dt h eg e n ei n t ot h e a g r o b a c t e r i u mt u m e f a c i e n sb i n a r yv e c t o r sp r o k i i a n dp c a m b i a3 3 0 1 a t u m e f a c i e n sg v 3 1 0 1 ( p m p 9 0 ) d e r i v a t i v e sc a r r y i n gt h e s ep l a s m i d sw e r eu s e di ng e n e t i ct r a n s f o r m a t i o no fp l a n t sb y f l o w e rd r i p p i n gm e t h o d c h l o r o p h y l ll e a c h i n ga s s a y sa n df r e s hw e i g h tl o s se x p e r i m e n t si n d i c a t e d t h a to v e r e x p r e s s i o no ft h et h n s l t p4 g e n e sr e d u c e dc u t i c l ep e r m e a b i l i t y ，p r o b a b l yb e c a u s eo f c h a n g e si ni t st o t a lw a xa m o u n to nt h es u r f a c ec u t i c l ei na r a b i d o p s i s ，h o w e v e rs i l e n te x p r e s s i o no f t h et h - n s l t pd i nt h a l o p h i l ai n c r e a s et h ep e r m e a b i l i t yo fc u t i c l eb ya n a l y s i sc h l o r o p h y l ll e a c h i n g 4 山东师范大学博士学位论文 o v e r e x p r e s s i o n t h n s l t p4i na m b i d o p s i sd i s p l a y e ds i g n i f i c a n td r o u g h ta n ds a l tt o l e r a n c e ， p r o b a b l yr e l a t e dt ot h er e d u c e de p i d e r m a lp e r m e a b i l i t y i nt r a r t s g e n i cl i n e st h e f r e s ha n dd r yw e i g h t i n c r e a s e da n dh a d m o r ew a t e rc o n t e n t , c o m p a r e dw i t ht h ew i l dt y p e t r a n s g e r t i cl i n e sd i s p l a y e d p e ga n dm a n n i t o lt o l e r a n c es u g g e s t e do v e r e x p r e s s i o no ft h et h - n s l t p4 i na r a b i d o p s i si n c r e a s e p l a n tt o l e r a n c e t h et o t a lw a xa m o u n to nt r a n s g e n i cl i n e sl e a v e sa n ds t e m sw e r ei n c r e a s e da n d s h o w e dp r o p o r t i o n a li n c r e a s ei nt h ea l k a n e s ，s e c o n d a r ya l c o h o l sa n dk e t o n e s t h et o t a lw a xa m o u n t o nt r a n s g e n i cth a l o p h i l ao f s i l e n te x p r e s s i o no ft h et h - n s l t p4l e a v e sa n ds t e m sw a sr e d u c e d a n ds h o w e dp r o p o r t i o n a ld e f i c i e n c i e si nt h ea l d e h y d e s ，a l k a n e s ，s e c o n d a r ya l c o h o l s ，a n dk e t o n e s b e s i d e sa l t e r e dc u t i c l ew a xa m o u n t ，t h et r a n s g e n i cl i n e sh a di n c r e a s e dc u t i c l ep e r m e a b i i i t y c o m p a r e dw i t ht h ew i l dt y p e ，o v e r e x p r e s s i o na n ds i l e n te x p r e s s i o no ft h e t h n s l t p4a l l i n f l e c t e dt h et o t a lw a xl o a da n de p i d e r m a lp e r m e a b i l i t yi na r a b i d o p s i sa n dt h a l o p h i l a ，r e s p e c t i v e l y l o w e re p i d e r m a lp e r m e a b i l i t ym o s ti m p o r t a n tf i m c t i o u si sl i m i t i n gt r a n s p i r a t i o nt oc o n s e r v ew a t e r ， am e c h a n i s me s p e c i a l l yi m p o r t a n tf o rp l a n ts u r v i v a li nw a t e r - l i m i t e de n v i r o n m e n t ss u c ha st h o s e f o u n di ud e h y d r a t i o na n ds a l ts t r e s s o v e r e x p r e s s i o nt h n s l t p4 am m s f e rl i p i dp r o t e i nc a n i n c r e a s et o t a lc u t i c u l a rw a xl e v e l sm a yb e c a u s ei tc a ni n c r e a s et r a n s f e rs p e e do fw a xc o m p o s i t i o n a n df e e d b a c ks t i m u l a t et h es y n t h e s i so f w a x f u r t h e r m o r e ，a sac e l lw a l ll o c a l i z e dp r o t e i n , aa m o u n t o ft h n s l t p4 d e p o s i t e di n c e l lw a l lm i g h tl i m i tt r a n s p i r a t i o nt oc o n s e l v ew a t e rb yr e d u c e d p e r m e a b i l i t yo fc e l lw a l l t h ey r e w a x 2o fa r a b i d o p s i se n c o d e sa na l d e h y d e - g e n e r a t i n ga c y l c o ae n z y m ei nw a x b i o s y n t h e t i cp a t h w a y t of - u t t h e re l u c i d a t et h ef u n c t i o no fw a x 2 i nc u t i c u l a rw a x e sb i o s y n t h e s i s ， w eo v e r e x p r e s s e dt h ew a x 2u s i n gt h es t r o n gc o n s t i t u t i v ec a m v3 5 sp r o m o t e ri na r a b i d o p s i s c o m p a r e dw i t ht h ew i l dt y p e ，t r a n s g e n i cp l a n t sf a i l e dt op r o m o t eg r e a t e rw a xd e p o s i t i o no n s t e m s a n dl e a v e s ，a n da l s os h o w e dh i g h e rt r a n s p i r a t i o nr a t e ，a sw e l la sr e d u c e df e r t i l i t yu n d e rl o w h u m i d i t y t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a te t l o rs p a t i a l ，t e m p o r a le x p r e s s i o no ra b n o r m a l i t yi n c r e a s e d t h el e v e l so fw a x 2c o u l di n d u c ec o s u p p r e s s i o no ft h ee n d o g e n o u sg e n e sa n ds h u td o w nt h ew h o l e w a xb i o s y n t h e t i cp a t h w a y k e yw o r d s ：w a x ，n o n s p e c i f i cl i p i dt r a n s f e rp r o t e i n ，w a x 2 ，c j c m s ，t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a 5 山东师范大学博士学位论文 文献综述 和吾 水对生物来说是不可缺少的，植物的生长发育依赖于从土壤中吸取水分，由于干旱、盐 渍化、低温等胁迫因子造成的缺水胁迫严重制约着植物的分布和产量“”。 随着可耕种土地的锐减和人口的剧增，对粮食的需求越来越大，如何提高作物的耐逆性 是传统育种学家和分子生物学家共同关注的问题。3 。长期以来传统的遗传育种提高作物的耐 逆性收效甚微，也未能找到一个独特的遗传背景。受在原核细胞中克隆出单个可提高耐盐 基因的启示，分子生物学家试图利用组织培养或细胞培养的方法在高等植物中寻找单个耐逆 的基因也一直没有成功“”。通过寻找耐逆的遗传学性状和培育耐盐的植物品系过程，人们逐 渐认识到植物的耐逆是一个数量性状o 。甜土植物和盐土植物在盐胁迫条件下的一系列生理 生化变化暗示了植物耐逆遗传的复杂性“1 ，胁迫条件下这些生理生化变化还无法确定哪些是 耐逆所必需的”，尽管在胁迫条件下许多基因的表达发生了变化，却很少是抗逆所必须的” “”，但肯定的是植物对盐渍、干旱、低温等造成的缺水胁迫的耐受性取决于特定基因的表达， 这些基因产物参与了植物体内水分的运输、离子区隔化和外排、渗透保护物质的合成、稳定 细胞器、膜以及蛋白的结构、自由基的清除和蜡质合成等过程”。”“。 干旱和盐渍化是最普遍的非生物胁迫”2 】，植物如何在干旱情况下保证体内含有足够的水 分是其生存下来的必要条件。与动物生活习性不同，高等植物营固着生活，因此外界环境的 各种胁追对植物而言是一个不可躲避的持久作用过程”，因此植物必须通过下列途径来解决 体内水分匮缺问题：( 1 ) 增加水分的吸收，植物发达的根系使他们可以吸收地下深层的水分； ( 2 ) 减少水分的丢失，植物有很多途径可以用来减少水分的丢失如：景天科植物的c a m 光合 途径，可以减少气孔性水分丢失 渗透保护物质的积累1 1 4 1 ，可以减少渗透性失水并提高植 物在高渗条件下对水分的吸收能力；植物表面的角质膜和蜡质则可以减少非气孔性失水【j5 1 。 虽然有人认为角质层对植物非气孔性失水影响较大，而表皮蜡质影响甚小【l ”，但许多植物的 蜡质缺失突变体( 如，拟南芥的e e r 突变体) 都表现出了对环境中水分含量的敏感性1 1 5 】，这 些都表明表皮蜡质在植物的耐旱反应机制中起重要作用，但目前还不十分清楚蜡质防止水分 散失的机制【l ”。 本文主要介绍表皮细胞的蜡质合成与分泌的一些研究进展，以及与耐逆的相关性研究。 一蜡质的合成 6 山东师范大学博士学位论文 蜡质是各种脂类化合物组成的一层疏水的屏障，它覆盖在陆生植物地上部大部分器官的 表面，是植物表面的重要结构“”，另外在受伤的组织和木栓的基质中也含有蜡质成分“”，花 粉、种子的外被以及雌蕊的柱头上都有蜡质存在州。表皮蜡质组成和总量在不同的物种和 同一种植物的不同组织和器官间有着十分明显的差别1 。它主要由特长链饱和脂肪酸( v e r y l o n gc b a mf a t t ya c i d s v l c f a s ) 的衍生物组成：如：烃( a l k a n e s ) 、醛( a l d e h y d e s ) 、酮( k e t o n e s ) 、一 级醇( p r i m a r ya l c o h o l s ) 、酯( e s t e r s ) 、二级醇( s e c o n d a r ya l c o h o l s ) 等“”，碳链长度大多在2 啦3 4 碳之间，但酯的碳链要更长一些，表皮蜡质组成中也包括三萜化合物和- d , 部分次生代谢产 物，如：甾醇( s t e r o l s ) 和黄酮类化合物( f l a v o n o i d s ) “”。这些蜡质成份分泌到植物器官表面后分 为内外两层，内层位于表皮的基质内称为表皮内蜡质；外层位于表皮外侧称为表皮外蜡质。 表皮外蜡质可在表皮上形成不同形状的蜡质晶体结构“1 5 ，如柱状最多，还有棒状、管状、 垂直板状、树枝状、伞状等。植物表皮蜡质的化学组成及晶体结构如此复杂，决定了它在植 物的生活过程中起着十分重要的作用，它对植物的作用可能不仅仅是防止非气孔性失水，现 在已经证明它能给植物体提供多方面的保护：( 1 ) 蜡质晶体可以反射紫外线，防止过量紫外线 对植物的伤害口3 j ；( 2 ) 防止机械损伤：( 3 ) 防止低温冻伤：( 4 ) 抵抗植物病毒的侵害剐；( 5 ) 防止 食草昆虫的伤害 2 5 】；( 6 ) 花粉表面的蜡质参与花粉与柱头之间的信号识别1 8 0 0 】，与植物的可育 性有关；( 7 ) 使水分不能在植物表面过多的停留，防止水溶性有害物质在植物表面的沉积【2 5 1 。 植物表皮蜡质在植物表皮细胞中合成，其合成及分泌途径是非常复杂的，估计有几百个 基因参与这一过程，目前关于蜡质合成及分泌的研究只是提出了一个基本框架。催化蜡质合 成的酶大多数都是膜结合蛋白，而且多数以多酶复合物的形式存在，传统的方法很难分离纯 化，再加上酶的底物( 长链的脂类物质) 不溶于水，不易制成酶反应缓冲液，使得对蜡质合