拟南芥STO基因参与UV-B信号转导的功能及机理研究

大气臭氧层耗损引起地面UV-B辐射增强对植物、动物和人类以至整个地球生态系统的影响，已成为国际社会高度关注的重大科学问题。虽然太阳中的UV-B只占其总能量的很少一部分，但它对于植物生长和发育具有重要的调节作用。本项目以拟南芥STO(SALT TOLERANCE)突变体和其它多种突变体为材料，利用分子生物学和遗传学方法研究UV-B辐射对STO基因及蛋白表达的影响，比较sto突变体和超表达植株对UV-B辐射的响应，探讨STO基因的结构与其功能的关系，分析STO蛋白与COP1蛋白以及HY5蛋白在UV-B处理后体内的相互作用关系，阐明STO基因在植物UV-B信号转导通路中的作用及其分子机制，为揭示植物对UV-B响应的分子机理提供新的证据。

UV-B辐射作为一种重要的外界信号调控植物的光形态建成，影响植物的生长、发育和代谢，然而对于UV-B信号转导途径的了解却非常有限。为了进一步阐明植物UV-B信号途径，本项目利用分子生物学和遗传学方法研究UV-B辐射对STO基因及蛋白表达的影响，比较sto突变体和超表达植株对UV-B辐射的响应，探讨STO基因的结构与其功能的关系，分析STO蛋白与COP1蛋白以及HY5蛋白在UV-B处理后体内的相互作用关系，阐明STO基因在植物UV-B信号转导通路中的作用及其分子机制，为揭示植物UV-B响应的分子机理提供新的证据。. 本研究发现，STO基因的转录和翻译均受到UV-B辐射调控，STO基因的表达受到UV-B辐射的快速调控，在1 h时就达到最高；其蛋白的表达量则在UV-B处理4 h后显著增加。为了进一步阐明STO基因在UV-B信号中的功能，我们构建了35S-STO超表达植株。sto突变体在UV-B辐射环境中下胚轴比野生型短，花色素苷积累量比野生型高；而35S-STO超表达植株下胚轴比野生型长，花色素苷积累量比野生型低。这表明STO基因是UV-B信号转导中的负调控因子。免疫共沉淀结果发现，STO蛋白与COP1蛋白在体内的相互作用具有UV-B依赖性。sto突变体和35S-STO超表达植株能抑制cop1-4突变体在UV-B辐射下短下胚轴和低花色素苷积累量的表型，表明STO在UV-B信号中处于COP1的下游。免疫共沉淀结果同样表明STO可以与HY5相互作用。UV-B辐射下，35S-STO的长下胚轴表型不依赖与hy5-215；而hy5-215 sto双突变体的表型与野生型相似，表明STO和HY5在UV-B信号中的功能具有拮抗作用。STO抑制UV-B辐射诱导的HY5蛋白的积累，体内转录激活实验也证明STO是UV-B诱导HY5转录激活活性的负调控因子。虽然已有的研究表明STO是光信号中的负调控因子，但我们的结果表明STO在UV-B信号中的功能不受已知的光受体调控，因为 sto突变体在UV-B辐射下短下胚轴的表型不能被光受体突变体phyAphyB，phot1phot2和cry1cry2抑制。对rcd1-1和sto突变体的遗传鉴定发现，UV-B辐射条件下它们的下胚轴长度相似，而35S-STO可以抑制rcd1-1突变体的表型，表明STO在UV-B信号转导中位于RCD1的下游。