水稻PTPases亚家族PFA-DSP基因的功能研究

蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPases）参与多种生理过程的调节，如生长发育、代谢调控及逆境胁迫等。我们前期通过对陆生植物特异的水稻PTPases亚家族PFA-DSP基因进行的初步研究结果表明，OsPTP-28/Os09g05020基因在盐逆境胁迫（NaCl）诱导下短暂上调表达，该基因能够互补酵母中其同源基因Siw14突变体的盐敏感表型、增强咖啡因敏感性，初步的酵母双杂交发现其可能与蛋白激酶以及转录因子相互作用。本研究拟在深入分析生化活性与表达特性的基础上，通过反向遗传学方法（基因沉默、基因过表达）获得水稻转基因植株，通过胁迫应答的生理与表型分析，研究该基因的生理功能。通过酵母双杂交、双分子荧光互补及基因芯片技术来研究其所参与的逆境胁迫应答的基因转录调控网络。本研究结果将对揭示这一陆生植物所特有的PTPases亚家族的生物学功能，特别是在逆境应答的调节及通路中的作用，具有重要的理论意义和应用前景。

蛋白质的“可逆磷酸化”修饰调控，使得细胞能够有效对内外信号作出应答反应。蛋白磷酸酶通过将该靶蛋白去磷酸化使其失活，其中，PFA-DSP是仅存在于陆生植物中的一类特殊的蛋白酪氨酸磷酸酶亚家族。本项目即以模式生物水稻为研究对象，结合拟南芥同源基因，探讨该基因家族成员在逆境应答中的功能。本项目执行期内，基本完成了计划内容，取得如下成果：（1）鉴定了水稻OsPFA-DSP亚家族成员（OsPFA-DSP1与OsPFA-DSP2）的生化活性，发现它们表现出蛋白酪氨酸磷酸酶的特性，并且其活性受氧化还原作用调控，可能与氧化胁迫途径相关。拟南芥同源蛋白AtPFA-DSP1也表现出相似的现象，其活性还可受硫氧还蛋白调控。（2）表达特性检测发现，水稻OsPFA-DSP基因多在幼嫩组织表达量较高，其表达可受不同逆境胁迫诱导。（3）水稻遗传转化以及表型分析，发现OsPFA-DSP2基因可能参与生物胁迫的应答过程，其过表达植株表现出了对于稻瘟病菌的敏感性增强，活性氧累积减弱，抗性基因无法正常响应病原菌侵染。相应的，OsPFA-DSP1基因则可能参与非生物胁迫的应答，其过表达植株表现出对于干旱胁迫敏感，相对电导率提高、光合效率受损。上述结果提示，OsPFA-DSP基因家族参与逆境胁迫负应答，并且可能出现了不同的功能分化。由于其他基因家族成员之间可能存在功能冗余，所以OsPFA-DSP2与OsPFA-DSP1单个基因的缺失并不会造成整体植株的表型差异。此外，酵母双杂结果表明，OsPFA-DSP蛋白可以与MAPK激酶发生相互作用，可能与信号通路相关。（4）拟南芥遗传转化以及表型分析发现，拟南芥同源基因AtPFA-DSP4也表现出了与水稻OsPFA-DSP2相似的功能。过表达植株表现出对于Pst DC3000的敏感性增强，并且光合效率受损、氧化程度明显减弱，然而AtPFA-DSP4突变体则没有差异。这表明，水稻与拟南芥PFA-DSP均参与对生物胁迫的负响应。有意思的是，AtPFA-DSP4缺失突变体却表现出对于光氧化胁迫的敏感性增强，基因芯片与蛋白双向电泳检测分析提示，可能与茉莉酸信号途径有关。上述结果提示，PFA-DSP基因可同时在生物胁迫与非生物胁迫响应中起作用。本项目的研究工作，为全面了解植物PFA-DSP基因家族的功能，特别是其在胁迫应答（生物胁迫与非生物胁迫）中的作用，提供了有益的信息。