拟南芥SDM1调节脂肪酸在幼苗子叶气孔定位抵御水涝的机制分析

基本信息
批准号:31870272
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:张骁
学科分类:
依托单位:河南大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:尚保栓,张君丽,赵青平,朱金东,生园园,王乐飞,马世凡,李瑞池,田燕
关键词:
脂肪酸信号转导气孔水涝
结项摘要

Utilization of seed storage reserves is essential for the transformation from heterotrophy to photoautotrophy during seedling establishment after seed germination in Arabidopsis. However, plant how to avoid the flooding in process of seedling establishment is not clear. Here, we have screened a gene SDM1 which encoded an ABC transport protein, and the mutation of SDM1 resulted in a function defect in fatty acid accumulation around guard cell in the absent of exogenous sucrose and aborted the transformation from heterotrophy to photoautotrophy. Interestingly, the defects in fatty acid accumulation around guard cell of sdm1 were restored by adding sucrose to medium. Consistently, the seedling establishment was also restored by adding sucrose to medium or enhancing the hardness of medium. Our data suggested that SDM1 might function as a transporter of some fatty acid or their precursor substance in mediating the hydrophobic fatty acid accumulation around guard cell, so that it could prevent the water invade into the tissue of cotyledons via the stomata and ensure the cotyledon absorb sufficient CO2 from the atmosphere. Sugar may play a vital role in accumulation of hydrophobic fatty acid around guard cell. However, the mechanism of SDM1 in regulating the accumulation of fatty acid around guard cell in response to the waterlogging stress still remains unclear. In this study, we will analyze the transfer substrates of SDM1 and elucidate the relationship between the fatty acid accumulation in guard cell and the waterlogging stress. We will research the effects of SDM1 phosphorylation and to elucidate the mechanism that the sucrose and glucose could rescue the defective phenotype of sdm1 to elucidate the mechanism of upstream signals perception and downstream substrate selection during SDM1 functions. This study may provide clues for understanding the molecular mechanism of SDM1 in regulating fatty acid location on guard cells in response to the waterlogging stress.

拟南芥利用种子储存的能源物质维持萌发后幼苗从异养到光合自养过渡,然而种子萌发到成苗如何避开水涝的机制并不清楚。我们前期筛到一个编码ABC转运蛋白基因SDM1,该基因突变导致无糖培养的拟南芥幼苗出现子叶透明、气孔周围无脂肪酸聚集和根生长停滞等现象。外源添加糖或提高培养基硬度,突变体sdm1恢复拟南芥野生型的生长发育表型。上述结果暗示,SDM1可能转运脂肪酸或者脂肪酸前体物质介导疏水性脂肪酸在气孔聚集以防止水大量进入子叶,提高幼苗发育早期抵御水涝能力,该过程受糖特异调节。然而目前糖调控脂肪酸在植物气孔附近聚集抵御水涝的机制并不清楚。本项目拟通过分析ABC转运蛋白SDM1转运底物,探讨蔗糖和葡萄糖特异恢复突变体sdm1表型的机理,解析SDM1上游信号感受和下游底物选择机制,明确脂肪酸气孔定位与植物幼苗发育早期抵御水涝的关系。该研究有望揭示糖调节蛋白SDM1促进脂肪酸在气孔周围定位应答水涝的机制。

项目摘要

项目针对拟南芥种子萌发到成苗如何避开水涝的问题,前期筛选获得一个ABC转运蛋白SDM1,基因SDM1突变导致无糖培养的拟南芥幼苗表现子叶透明、气孔周围无脂肪酸聚集和根生长停滞现象。外源添加糖或提高培养基硬度,突变体sdm1恢复正常发育表型,暗示SDM1可能通过促进脂肪酸在气孔聚集以阻止大量水进入植物叶片,提高幼苗发育早期抵御水涝能力。本项目研究SDM1影响脂肪酸定位调节幼苗早期水涝耐受性的机制,证明:1. SDM1影响C18:0和C26:0饱和脂肪酸在气孔以及叶表面的沉积;2. SDM1转运活性受磷酸化调节,其中S612和S640的磷酸化修饰是SDM1活性调节关键位点;3. SDM1通过与表皮蜡质转运蛋白ABCG11以及COPⅡ膜泡包被蛋白SEC24C互作介导脂肪酸的跨膜转运;4. 糖特异性诱导水涝胁迫基因表达以及水孔蛋白基因表达,也可诱导非特异性诱导脂肪酸合成基因表达,与SDM1协同调节幼苗排水,增强幼苗发育早期对水涝胁迫的适应性。本项目揭示了SDM1通过影响脂肪酸的气孔聚集与外源糖协同调节幼苗发育早期抵御水涝胁迫的机制。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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