（植物学专业论文）改善泛素系统提高植物逆境适应性研究.pdf

英文缩略表 缩写英文名称中文名称 u b u b i q u i t i n 泛素( 肽) n a o a cs o d i u ma c e t a t e醋酸钠 b p b a s ep a i r碱基对 l b l u r i a - b e r t a n m e d i u ml b 培养基 c a m v 3 5 s p r o m o t e ro f c a l l i i f l o w e rm o s a l ev i r u s花椰菜花叶病毒3 5 s 启动子 a ：r pa d e n o s i n et r i p h o s p h a t e腺苷三磷酸 a m pa m p i c i l l i n氨苄青霉素 e e o l ie s c h e r i c h i ac o l i 大肠杆菌 x - g a l5 - b r o m o - 4 - c h l o r o - 3 - i n d o l y l - 6 一d - 5 一溴一4 一氯一3 一吲哚一1 3 一d - g a l a e t o s i d e半乳糖甘 i p t g i s o p r o p y l t h i o - p - d - g a l a e t o s i d e 异丙基一b d - 硫代半乳糖 苷 d e p c d i e t h y lp y r o e a r b o n a t e焦碳酸二乙酯 t r i s t r i s h y d r y x y m e t h yl a m i n o m e t h a n e 三羟甲基氨基甲烷 1 1 e i r i s c i ，e d t ab u f f e r t r i s c 1 e d t a 缓冲液 p v p p o l y v i n y ll p y r r o l i d o n e 聚乙烯吡咯烷酮 p c r p o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n聚合酶链式反应 s e m i - q u a n t i t as e m i - q u a n t i t a t i v er e v e r s et r a n s c r i p t i o np c r半定量p c r t i r er t - p c r e l l a i nr e a c t i o n s d s s o d i u md o d e c y ls u l f a t e十二烷基硫酸钠 d d h 2 0d i s t i l l e da n dd e i o n i z e dw a t e r重蒸水 e be t h i d i u mb r o m i d e溴化乙锭 k m k a n a m y c i n 卡那霉素 c e fc e r r i a x o n es o d i u m头孢曲松钠 6 - b a 6 - b e n z y l a d e n i n e 6 一苄基腺嘌呤 n a a n a o h t h a l e n ea c e t i ca c i d萘乙酸 鼬f r i f a m p i c i n 利福平 m s m u r a s h i g ea n ds k l l gm e d i u mm s 培养基 g u s g l u e u r o n i d a s eb 一葡糖甘酸酶 b s ab o v i n es e i a i na l b u m i n牛血清蛋白 d 盯d i e t h i o t h r e i t o l二硫苏糖醇 r t - p c r r e v e r s et r a n s c r i p t i o np c r反转录p c r p b s p h o s p h a t eb u f f e r磷酸缓冲液 m m 【r t m o l o n e yr o u t i n el e u k e m i av i r u s r e v e r s e莫洛尼鼠类白血病毒逆转 t r a n s c r i p t a s e 录酶 e d i ad i s o d i u me t h y l e n e d i a m i n e t e t r a e e t a t e 乙二胺四乙酸 r p m r e v o l u t i o n sp e rm i n u t e辕f 贪缺 s d s p a g es d s p o l y - a e r y l a m i d eg e le l e c t r o p h o r e s i s s d s 聚丙烯酰胺凝胶电泳 t e 匝d n ，n ，n ，n - t e w a m e t h y le t h y l e n e d i a m i n en ，n ，n ，n 一四甲基z - i 按 c l l l c h l o r o p h y l l 叶绿素 f v 但mm a x i m u m p h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c yo f p s p s i i 的最大光化学效率 f wf r e s hw e i g h t鲜重 d w d r yw e i g h t 干重 w cw a t e rc o n t e n t含水量 r o sr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s活性氧 西p s i ia c t u a lp h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c yo fp s i ii n p s l l 实际光化学效率 t h el i g h t p nn c tp h o t o s y n t h e t i cr a t e净光合速率 g ss t o m a t a lc o n d u c t a n c e气孔导度 n b tn i t r o b l u et e t r a z o l i u m氮蓝四唑 w t w i l d - t y p et o b a c c o s野生型烟草 t - g u s t r a n s g e n i cp l a n t sc a r r y i n gp b i - g u sv e c m r 转g u s 基因的对照植株 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学研究所 取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出重要贡献的个 人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规定，同 意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸质本和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大学可以将本学位论 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 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 做储躲錾芳 导师签名：垒咖 日期：j 暨6 日 l 山东农业大学博士学位论文 改善泛素系统提高植物逆境适应性研究 中文摘要 植物生长发育的许多过程都是由短命调节蛋白的选择性降解控制的。其中泛素2 6 s 蛋白酶体降解途径是植物体生命过程最精细的调节机制之一。2 0 0 4 年诺贝尔化学奖桂冠 由以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文罗斯共同分享， 就是因为他们在泛素( u b i q u i t i n ) 调控蛋白质降解机制的研究中做出了杰出的贡献。在 泛素途径中，泛素用来标记需要降解的蛋白质，被标记的靶蛋白继而被2 6 s 蛋白酶体识 别并降解掉。研究表明“无功能的蛋白质在细胞内积累”是逆境胁迫对生物细胞产生伤 害的共同特性，及时处理这些“垃圾”蛋白成为生物适应逆境的重要方式。快速生长及 逆境条件下泛素基因的表达明显增加，泛素2 6 s 蛋白酶体途径降解短命调节蛋白及异常 蛋白质的速度也明显增加现已发现泛素普遍存在于所有真核生物中，但过量表达泛素 基因在提高植物逆境适应性方面的工作还鲜见报道。 本论文在克隆t 4 , 麦泛素基因的基础上，研究了小麦泛素基因表达对水分胁迫的反 应：构建了泛素基因的正义和反义表达载体，转化烟草获得了过量表达泛素基因和反义 抑制泛素基因表达的转基因烟草植株；对转基因植株的逆境适应能力进行了鉴定分析。 研究发现小麦泛素基因t a - u b l 和t a u b 2 的表达均受到水分胁迫的调控；过量表达泛素基 因提高了转基因植株的抗逆性：抑制泛素基因表达的转基因植株叶片出现程序化死亡表 型，抗逆性减弱。主要结果如下： l 、小麦泛素基因t a - u b l ( 注册号：a y 8 6 2 4 0 1 ) 在水分胁迫条件下上调表达，用2 0 和3 0 p e g - 6 0 0 0 模拟水分胁追条件，发现随着水分胁迫的加剧表达量逐渐增加，3 0 p e g 处理的小麦幼苗中基因表达量高于2 0 p e g 处理。 2 、小麦泛素基因t a - u b 2 ( 注册号：a y 2 9 7 0 5 9 ) 的表达同样对水分胁迫产生响应，中 度水分胁迫( 2 0 p e g - - 6 0 0 0 处理) 诱导t a - u b 2 基因上调表达，但严重水分胁迫条件下 ( 3 0 p e g 处理) 该基因的表达下降，甚至低于正常供水对照。 3 、构建t 4 , 麦泛素基i 习t a - u b 2 正义表达载体，转化烟草，半定量r t - p c r 检测证明获 得了过量表达小麦泛素基因的转基因烟草植株，且不同转基因系表达转基因i r d 斟a 的水 平有差异；同时，克隆了烟草泛素基因n t - u b l ( 注册号：d q 8 3 0 9 7 8 ) ，构建反义表达载 改善泛素系统提高植物逆境适应牲研究 体，转化烟草，经半定量r t - p c r 检测，获得了不同表达水平的反义转化烟草植株。 4 、购买商业泛素蛋白抗体，免疫法检测正义和反义转基因烟草叶片中泛素蛋白丰度， 结果表明无论是过量表达t a - u b 2 泛素基因( 编码一个单体泛素) 还是反义抑制泛素基因 表达，均未对转基因植株体内泛素蛋白丰度产生明显影响，但转基因植株抗逆性检测表 明，目的基因对转基因植株生长发育所产生的生物学响应却非常明显。表现在以下几个 方面： ( 1 ) 正常生长条件下，过量表达小麦t a - u b 2 泛素基因的转基因植株就比对照呈现更 好的长势。 ( 2 ) 过量表达小麦t a - u b 2 泛素基因提高了转基因烟草抗旱、抗盐及抵抗低温胁迫的 能力，表现在种子萌发加快、幼苗生长势加强、水分保持及光合能力加强等，对多种逆 境的适应能力均提高：同时，过量表达小麦t a - u b 2 泛素基因还提高了转基因烟草抵抗综 合逆境胁迫( 如低温与干旱并存、低温与盐胁迫并存) 的能力。 ( 3 ) 反义抑制烟草泛素基因表达使转基因植株叶片出现早衰、黄化、色素含量降低， 出现坏死斑点等症状；同时，反义转基因植株抗旱及抗盐胁迫的能力降低，表现在逆境 条件下幼苗萌发与生长势弱，叶片光合能力与水分保持能力减弱等。 5 、对正、反义转泛素基因烟草植株体内超氧阴离子自由基积累状况进行检测，发现 反义抑制泛素基因表达使转基因植株体内积累的超氧阴离子比对照植株多，而过量表达 泛素基因的转基因植株体内积累的超氧阴离子积累较少。推测活性氧自由基积累量不同 可能是不同转基因植株抗逆性差异的原因之一，泛素途径与活性氧清除有关。 植物在田间环境中所遭遇的往往不只是单一的逆境胁迫，而是几种逆境同时出现 ( 即综合逆境) 共同作用于植物，这种情况往往对植物造成致死性伤害。植物对多种胁 迫同时存在的反应方式与对单一逆境胁迫之间既存在差异，又具有相同之处。提高植物 对多种逆境的适应能力，特别是对多种胁迫并存的综合逆境的适应能力至关重要。本研 究表明，过量表达泛素单体基因不仅提高了转基因烟草的抗旱性、抗盐和抗冷性，而且 提高了转基因植株对综合逆境胁迫的抗性，这为提高植物的综合逆境适应能力，培育抵 抗综合逆境胁迫的作物品种提供了新的思路和途径。 关键词：泛素；抗逆性；综合逆境；小麦；烟草 2 山东农业大学博士学位论文 t h ei m p r o v e m e n to fp l a n ta c c l i m a t i o nt oa b i o t i cs t r e s sb y a m e l i o r a t i n gu b 2 6 ss y s t e m a b s t r a c t m o s to ft h ep l a n tg r o w t ha n dd e v e l o p m e n ta r cc o n t r o l l e db yt h es e l e c t i v er e m o v a lo f s h o r t - l i v e dr e g u l a t o r yp r o t e i n s t h eu b 2 6 sp r o t e a s o m ep r o t e o l y t i ep a t h w a yi so n eo ft h e m o s te l a b o r a t er e g u l a t o r ym e c h a n i s m si np l a n t s ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n ti nc o n 仃o l l i n ga n d r e g u l a t i n gd i f f e r e n tl i f ec o u r s e s t h i sf a c tw a sf o r m a l l ya c k n o w l e d g e db yt h ea w a r d i n go f t h e 2 0 0 4n o b e lp r i z ei nc h e m i s t r yt oa a r o nc i e e h a o v e r , a v r a mh e r s k o ，a n di r w i nr o s ef o rt h e d i s c o v e r yo fu b i q u i t i n - m e d i a t e dp r o t e i nd e g r a d a t i o n i nt h i sp a t h w a y , l i bi sa t t a c h e dt o p r o t e i n sd e s t i n e df o rd e g r a d a t i o n ；t h er e s u l t i n gu b - p r u t e i nc o n j u g a t e sa r et h e nr e c o g n i z e da n d c a t a b o l i z e db yt h e2 6 sp r o t e a s o m e i n c r e a s e de x p r e s s i o no fu b i q u i t i ni se v i d e n td u r i n gr a p i d g r o w t ha n ds t r e s s ，c o n s i s t e n tw i t ht h er o l eo ft h eu b 2 6 sp r o t e a s o m ep a t h w a yi nr e m o v i n g s h o r t - l i v e dr e g u l a t o r yp r o t e i n sa n da b n o r m a lp o l y p e p t i d e s u b i q u i t i ni s p r e s e n ti na l l e u k a r y o f i cs p e c i e se x a m i n e d ，b u tl i t t l ew o r kh a sb e e nd o n eo ng e n e t i ce n g i n e e r i n go f o v e r - e x p r e s s i n gu b i q u i t i ni nt r a n s g e n i cp l a n t sm ln o w i nt h i ss t u d y ，t h ee x p r e s s i o np a t t e mo ft w ow h e a tu b i q u i t i ng e n e s ，t a - u b la n dt a - u b 2 , u n d e rw a t e rs t r e s sw a sd e t e c t e d ；t h es e n s ev e c t o rw i t ht a - u b 2 ( e n c o d i n gm o n o u b i q u i t i n ) a n d t h ea n t i s e n s ev e c t o rw i t hn t - u b l ( t o b a c c ou b i q u i t i ng e n e ) w e r ec o n s t r u c t e da n dt r a n s f o r m e d i n t ot o b a c c o s ；t h ea c c l i m a t i o nr e s p o n s e so fs e n s ea n da n t i s e n s et r a n s g e n i ct o b a c c o st oa b i o t i c s 。i i e s s e s ，i n c l u d i n gw a t e rd e s i c c a t i o n , s a l ta n d l o wt e m p e r a t u r es t r e s s ，w e r ei n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee x p r e s s i o n so ft a - u b la n dt a - u b 2i nw h e a tc o u l dr e s p o n dt ow a t e r s t r e s s ；o v e r - e x p r e s s i o no fs e n s et a - u b 2g e n ee n h a n c e dt h et o l e r a n c eo f t r a n s g e n i ct o b a c c o st o a b i o t i cs t r e s s e s ，w h e r e a sa n t i s e n s er e p r e s s i o no fn t - u b le x p r e s s i o nl e dp r o g r a m m e dc e l l d e a t ha n dd e c r e a s e dt h es t r e s st o l e r a n c eo ft h ei r a n s g e n i ct o b a c c o s t h em a i nr e s u l t sa r ea s f o l l o w s ： 1 t r a n s c r i p tl e v e l so ft a - u b l ( a c c e s s i o nn u m b e ra y 8 6 2 4 0 1 ) m r n a i nw h e a tc o l e o p t i l e s i n c r e a s e dg r a d u a l l yi nr e s p o n s et ow a t e rs f f e s s ；t h a ti s , t h e r ew a sm o r et a u b lm r n a a c c u m u l a t i o nu n d e rs e v e r ew a t e rs t r e s s ( 3 0 p e gi t e a t m e n t ) t h a nt h a tu n d e rm o d e r a t ew a t e r 3 塾董垦鲞墨竺堡壅垫塑壅望重查堡堕窒 s t r e s s ( 2 0 p e gt r e a t m e n t ) ，a n da l lo ft h e mw e r eh i g h e rt h a nt h a tu n d e rn o r n l a lw a t e r c o n d i t i o i l 2 t h em r n ae x p r e s s i o no ft a - u b 2 ( a c c e s s i o nn u m b e ra y 2 9 7 0 5 9 ) w a sa l s or e g u l a t e db y w a t e rs t r e s s w h i c hw a si n c r e a s e di nr e s p o n s et om o d e r a t ew a t e rs t r e s s ( 2 0 p e gt r e a t m e n t ) ， w h i l ed e c r e a s e di nr e s p o n s et o v e r ew a t e rs t r e s s ( 3 0 p e gt r e a t m e n t ) ，e l c e nl e s st h a nt h a t u n d e rw e l l w a t e r e dc o n d i t i o n 3 t h es e l l s ev e c t o rw i t ht a - u b 2w a sc o n s t r u c t e da n dt r a n s f o r m e di n t ot o b a c c op l a n t s i n o r d e rt oc o n s t r u c ta n f i s e n s ev e c t o ro fu bg e n e ，ap a r t i a lu b i q u i t i ng e n ei nt o b a c c o ，n t - u b l ( a c c e s s i o nn u m b e rd q 8 3 0 9 7 8 ) w a sc l o n e d t h es e n a n da n t i s e m et r a n s g e n i ct o b a c c o sw e r e b o t hc o n f i r m e db ys e m i - q u a n t i t a t i v er t p c w h i c hi n d i c a t i n gt h a tt r a n s g e n i cl i n e sw i t h d i f f e r e n tu bt r a n s g e n el e v e l sw e r eo b t a i n e d 4 i m m u n o l o g ya n a l y s i sw i t hc o m m e r c i a lu b i q u i t i na n f i s e r t m ai n c a r e d t h a tn e i t h e r o v e r - e x p r e s s i n gt a - u b 2 ( e n c o d i n gam o n o u b i q u i t i n ) n o ra n t i s e n c er e p r e s s i n gt h ee x p r e s s i o n o f n t u b l ( p a r t i a lu b i q u i t i ng e n ef r o m t o b a c c o ) c o u l ds i g n i f i c a n t l ya l t e rt h el e v e lo f u b i q u t i n p o o l ( i n c l u d i n gf r e eu b i q u i t i na n dh i g h e rm o l e c u l a rw e i g h tu b i q u l t i np r o t e i n s ) i nt r a n s g e i l i c t o b a c c o s b u tt h ea c c l i m a t i o no ft r a n s g e n i ct o b a c o o st oa b i o t i cs t r e s ss h o w e dt h a tb o t ho f 8 e l l s ea n da n t i s e n s et r a n s g e n e sw e r ec l e a r l yb i o l o g i c a l l ya c t i v e ，a sj u d g e db yt h e i re f f e c t so n p l a n tg r o w t ha n d s t r e s st o l e r a n c e ，a ss h o w nb e l o w ： ( 1 ) s e n s et 瑚z a s g e n i cs e e d l i n g so v e r - e x p r e s s i n g u n d e rn o r m a lc o n d i t i o n ( 2 ) u n d e rw a t e rs t r e s sa n ds a l ts t r e s s ，o v e r - e x p r e s s i o no ft a - u b 2r e s u l t e di ne n h a n c e d g e r m i n a t i o ns p e e d a n dt h eg r o w t hr a t eo ft r a n s g e n i es e e d l i n g s ；m e a n w h i l e ，i np l a n t p h y s i o l o g yc h a r a c t e r i s t i c s ，i n c l u d i n g w a t e rc o n t e n ta n dp h o t o s y n t h e t i c g a se x c h a n g e p a r a m e t e r so ft r a n s g e n i cp l a n t sw e r eb e t t e rt h a nt h o s eo fc o n t r o lp l a n t su n d e rb o t hd r o u g h t a n ds a l ts t r e s sc o n d i t i o n s ，i naw o r d , o v e r - e x p r e s s i o no fs e n s et a - u b 2g e n ee n h a n c e dt h e t o l e r a n c eo ft r a n s g e r t i cp l a n t st om u l t i p l es t r e s s e s ( t h et o l e r a n c et od r o u g h t , s a l ta n dl o w t e m p e r a t u r es t r e s s ) o u rr e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h a to v e r - e x p r e s s i o no ft a - u b 2g e n ee n h a n c e d t h et o l e r a n c et os t r e s sc o m b i n a t i o n ( e g 1 0 wt e m p e r a t u r ec o m b i n e dw i t hd r o u g h ts t r e s s ，l o w 4 山东农业大学博士学位论文 t e m p e r a t u r ec o m b i n e dw i t hs a l ts t r e s s ) i nt r a n s g e n i ct o b a c c o s ( 3 ) a n t i s e n s er e p r e s s i o no ft o b a c c on t - u b lg e n ee x p r e s s i o nl e dt op r o g r a m m e dc e l ld e a t h , e g 1 e a fs e n e s c e n c ee a r l y ，m o r ey e l l o wl e a v e s ，l o w e rp i g m e n tc o n t e n ta n dn e c r o t i cl e s i o n si n t r a n s g e n i et o b a c c ol e a v e s u n d e rs a l ts t r e s s ，g r o w t hs t a t u so fa n t i s e n s et r a n s g e n i cs e e d l i n g s w a sw o r s et h a nc o n t r o l s ；w a t e rc o n t e n ta n d p h o t o s y n t h e t i cg a se x c h a n g eo ft r a n s g e n i ep l a n t s w e r ew o r s et h a nt h o s eo fc o n t r o lp l a n t s ，i n d i c a t i n gt h a ta n t i s e n s er e p r e s s i o no fn t - u b l e x p r e s s i o nd e c r e a s e dt h et o l e r a n c et od r o u g h ta n ds a l ts t r e s si nl m n s g e n i ct o b a c c o s 5 s t a i n i n go ft i s s u es a m p l e sw i t hn b t t or e v e a ls u p e r o x i d ea n i o n 2 3l e v e li nt o b a c c o p l a n t ss h o w e dt h a ta n f i s e n s et r a n s g e n i ct o b a c c o sa c c u m u l a t em o r e0 2 t h a ne n n t r o ls e e d l i n g s ； w h e r e a s ，t h es e r l s et r a n s g e n i ct o b a c c o sa c c u m u l a m dl e s s0 2 。t h a nc o n t r o l s ，s u g g e s t i n gt h a t 0 2 。a c c u m u l a t i o nm i g h tb ei n v o l v e di nt h ea c c l i m a t i o no fs e n s ea n da n t i s e n s et r a n s g e n i c p l a n t st os t r e s s e s p e r h a p su b i q u i t i n 2 6 sp r o t c a s o m ep a t h w a yw a si n v o l v e di nr e m o v i n gr o s ( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ) f a r m e r sa n db r e e d e r sh a v el o n gk n o w nt h a to f t e ni ti st h es i m u l t a n e o u so o c u l t e n c eo f s e v e r a la b i o f i cs 灯e s s e s ，r a t h e rt h a na p a r t i c u l a rs t r e s sc o n d i t i o ni nf i e l d , t h a ti sm o s tl e t h a lt o c r o p s r e s e a r c h e sh a v er e v e a l e dt h a tt h er e s p o n s eo fp l a n t st oac o m b i n a t i o no ft w om o r e d i f f e r e n ta b i o t i cs t r e s s e si su n i q u ea n dc a n n o tb ed i r e c t l ye x t r a p o l a t e df r o mt h er e s p o n s eo f p l a n t st oe a c ho ft h ed i f f e r e n ts n e s s e sa p p l i e di n d i v i d u a l l y t h u s , b e s i d e sm u l 廿p l et o l e r a n c e ， t o l e r a n c et oac o m b i n a t i o no fd i f f e r e n ts t r e s sc o n d i t i o n s ，p a r t i c u l a r l yt h o s et h a tm i m i ct h e f i e l de n v i r o n m e n t , s h o u l da l s ob et h ef o c u so ff u t u r er e s e a r c hp r o g r a m sa i m e da td e v e l o p i n g t r a n s g e n i cc r o p sa n dp l a n t sw i t he n h a n c e dt o l e r a n c et on a t u r a l l yo c c u r r i n ge n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s t h i ss t u d ys u g g e s t st h a to v e r - e x p r e s s i o no fm o n o u b i q u i t i ne n h a n c e dn o to n l yt h e t o l e r a n c et od r o u g h t , s a l ta n dc o l ds t r e s si n d i v i d u a l l yb u ta l s ot os t r e s sc o m b i n a t i o n ( t h e c o - o c c u r r e n c eo fd i f f e r e n ts t r e s s e s ) i nu a n s g e n i cp l a n t s ，w h i c hp r o p o s i n gan e wc l u eo f d e v e l o p i n gp l a n t sw i t he n h a n c e dt o l e r a n c et od i v e r s i f o r ma d v e r s ec o n d i t i o n sa sw e l la ss t r e s s c o m b i n a t i o n k e yw o r d s ：u b i q u i t i n ；s t r e s st o l e r a n c e ；s t r e s sc o m b i n a t i o n ；w h e a t ；t o b a c c o 5 改善泛紊系统提高植物逆境适应性研究 l 刖吾 植物通过调控蛋白质合成与降解控制着生命活动的各个方面。经过“蛋白质的循环” 过程，植物体内每周大约有超过5 0 的蛋白质被更新( v i e r s t m , 1 9 9 3 ) 。尽管人们早就 认识到蛋白质合成的转录和翻译过程的重要性，但直到近几年人们才开始认识到蛋白质 降解的重要性。生物体中大约有3 0 新合成的蛋白质会因无法通过“质量检查”而被降 解( q i a ne ta 1 。2 0 0 6 ) ；每个细胞每分钟会产生大约5 1 0 5 个需要在两天内降解的蛋白 质底物( y e w d e l l ，2 0 0 5 ) 。蛋白质的降解不仅去除了异常的蛋白质，而且为生长和饥饿状 态的植物细胞提供了自由氨基酸残基( v i e r s t r a , 1 9 9 6 ) 。蛋白质的降解过程几乎涉及到细 胞调控的各个方面，通过降解控速酶及其他调控因子实现生命活动的动态平衡，影响植 物的生长发育，使植物适应新的环境因素( v i e r s t r a , 1 9 9 6 ；h e l l m a n na n de s t e l l e ，2 0 0 2 ； v i e r s t r a 2 0 0 3 ) 。泛素2 6 s 蛋白酶体( 分子量为2 - m d a 的蛋白酶复合体) 是已知的最重 要的、有高度选择性的蛋白质降解途径( 朱经春，1 9 9 9 ；王高鸿，1 9 9 9 ) ，细胞内8 0 9 0 的蛋白通过泛素途径降解( 吴慧娟等，2 0 0 6 ) 。对拟南芥基因组的研究结果表明，仅编 码泛素2 6 s 蛋白酶体通路核心组分的基因就有1 3 0 0 多种，编码的蛋白质约占拟南芥总 蛋白的5 ( 表1 ) ( v i e r s t r a ，2 0 0 3 ) 在这一途径中，泛素用来标记需要降解的蛋白质， 形成泛素蛋白复合体，继而被2 6 s 蛋白酶体识别并分解掉。与基因转录及蛋白质磷酸 化相匹敌，泛素途径在调控植物细胞功能方面发挥着非常重要的作用。2 0 0 4 年诺贝尔化 学奖桂冠由以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文罗斯 共同分享，就是因为他们在泛素( u b i q u i t i n ) 调控蛋白质降解机制的研究中做出了杰出 的贡献。 动物和人类疾病( 如老年痴呆症及癌症等) 研究已经发现泛素途径在生命过程中的 重要性( c i e c h a n o v e ra ，1 9 9 8 ；何洪智等，2 0 0 2 ：c i e c h a n o v e r 丸2 0 0 5 ) 。随着2 0 0 4 年 诺贝尔化学奖的颁布，植物中泛素途径的研究也日益引起了人们的重视。植物在逆境条 件下，由于活性氧伤害等原因，会造成无功能蛋白质的积累增加，因此逆境条件下加强 无功能蛋白质的清除能力对于提高生物的逆境适应能力就显得很重要。已有的研究发现 这些蛋白质的降解过程与泛素2 6 s 蛋白酶体通路介导无功能蛋白质的降解关系密切 ( b e l k n a pa n dg a r b a r i n o 。1 9 9 6 ：侯学文等，1 9 9 8 ) 。 6 山衷农业丈学博士学位论文 表1 泛素2 6 s 蛋白酶体途径在拟南芥基因组中的组成 t a b l e i g c n o m i co r p n i z i o n o f t h e a r a b i d o p s i s u b 2 6 s p r o t e a s o m e p a t h w a y 缩写词ta p c ：【分裂垢期启动复合体；c 核心蛋白酶；d u b s ：去泛肽酶( u b - c 末端水解酶) ：e l ；泛素活化酶 砣：泛素结合酶 彤；泛素一靶蛋白连接醇j 班；c t e 6 _ a p a 末端同源物( h o m o l o g yt oe 6 0 a pg t c r m i n u s ) ：r p ： 调控颗粒( r e g u l a t o r yp a r t i c l e ) ；s c f s k p ，c d c 5 3 ，f - b o x 蛋白复合体；u b l 泛褒括号中的数字指酿酒酵母中预 计的基因数目 a b b r e v i a t i o n s ：a p c , a n a p h a s e - p r o m o t i n gc o m p l e x ；c p , c o ”p r o t e a s c ；d u b s , a c u b i q u i t i n a t i o ne n z y m e s ；e i u b - a d i v a t i n g e n z y m e ；e 2 ，u b - c o n j u g a t i a g e u z y u ；e 3 。u