摘要: 植物类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinases，RLKs)是一类包含胞外域，单次跨膜域和胞内激酶域的蛋白分子，它们可以通过胞外域与胞外信号分子的特异结合来激活胞内激酶域的自磷酸化和磷酸化活性，完成跨膜传递信号的功能。在植物中鉴定的类受... 展开 植物类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinases，RLKs)是一类包含胞外域，单次跨膜域和胞内激酶域的蛋白分子，它们可以通过胞外域与胞外信号分子的特异结合来激活胞内激酶域的自磷酸化和磷酸化活性，完成跨膜传递信号的功能。在植物中鉴定的类受体激酶绝大多数属于LRR型，此类型的激酶胞外域包含多个LRR基序。研究表明，胞外域的重要功能是与配基结合，其中LRR及其岛状结构域扮演着重要的角色；胞内的激酶域磷酸化后能够激活类受体激酶并进一步提高酶的活性，而非激酶域的磷酸化对下游底物的识别和磷酸化起着重要的作用。目前已克隆的LRR—RLK具有参与抗逆性反应、调节植物发育和介导植物激素信号转导等生物学功能。 衰老是自然界中普遍的生物现象。叶片衰老是高等植物叶片发育的最后一个阶段，是一个主动的，受遗传程序控制的程序性死亡过程。叶衰老的起始和进程由外部和内部的各种因子控制，诸如叶龄、植物激素、温度、干旱、营养匮乏、黑暗和病原体的侵染等都能够诱导衰老。被衰老信号分子诱导后衰老相关基因(senescence-associated gene，SAG)上调表达，叶片衰老的程序被启动，发生一系列细胞学和生物化学事件。细胞经历了从合成代谢到分解代谢的转变，如叶绿素降解、叶绿体崩溃、蛋白质和核酸等大分子降解等，从而导致细胞功能紊乱，结构瓦解最终细胞死亡。 光合色素的代谢和叶绿体的发育对植物的生长发育乃至衰老有着重要的意义。叶绿素的代谢可分为三个阶段：从谷氨酸盐到叶绿素a合成；叶绿素a和叶绿素b的相互作用；叶绿素a的降解。此外，质体的非甲羟戊酸(nonmevalonate nonMVA)途径也是光合色素的重要代谢途径：在非MVA途径中产生的DMAPP可以生成GGPP(geranylgeranyl diphosphate)。GGPP又是光合色素叶绿素和类胡萝卜素的前体。叶绿素代谢途径和非MVA．途径中关键酶的基因突变，都可以导致代谢途径受阻，产生叶色白化表型的突变体。叶绿体的发育受诸多生理生化事件影响，其中类囊体蛋白的转运系统对叶绿体的发育至关重要，类囊体蛋白定位途径中的关键酶基因突变导致植物叶色白化、叶绿体的发育受抑制。 本实验室的前期研究从人工诱导的大豆初生叶片的衰老体系中克隆到一个新的LRR型植物类受体蛋白激酶基因GmSARK(GenBank Accession No． AY687391)。GmSARK基因在衰老的叶片中上调表达，GmSA．RK基因被敲除的转基因大豆与野生型对照比可以延缓衰老，这暗示该基因可能参与大豆的叶片衰老调控。LRR型RLK的胞外域的结构特点和胞内近膜域及C末端域的磷酸化状态对受体与配基的结合以及信号的传递有重要作用。基于LRR—RLK结构对其参与信号转导的功能有重要的作用，我们分析了GmSARK蛋白的结构域特点，依据其结构特点我们设计了该基因的全长、激酶域和激酶域缺失的过表达双元载体的构建。在拟南芥和番茄中过表达GmSARK基因，转基因植株的叶片与野生型对照比呈现黄色、植株早衰、不能完成生活史；转基因番茄叶片中叶绿素合成和降解的关键酶基因的表达也相应的降低和增加，叶绿素a/b结合蛋白基因CAB表达明显低于野生型。过表达GmSARK基因激酶域的拟南芥植株与野生型相比其表型、生理特征及指示基因的表达水平无明显的差异，而过表达激酶域缺失的GmSARK基因的拟南芥植株却有明显的早衰特点。以上结果说明 GmSARK基因直接参与调控叶片衰老进程并可能是衰老信号的上游组份；其胞外域缺失不能进行信号转导，胞外域对与配基结合起重要作用；过表达缺失激酶域的GmSARK与过表达全长的转基因植株表型一致，暗示胞外域和近膜域对与配基结合及将信号传递给互作组分起更重要的作用。此外，在拟南芥中过表达GmSARK基因时得到的株系F10在T2代可分离出真叶白色和真叶黄而透明的小苗，分别命名为．y1和y2。外源GmSARK基因不表达，说明y1和y2为T-DNA整合位点所在基因功能丧失的隐性突变。这两个突变体真叶的表面结构和叶肉细胞的内部结构与野生型相比有明显的差异，尤其是叶绿体的发育明显受到抑制，没有完整类囊体膜的形成。光合作用及衰老相关的指示基因在突变体和野生型中的表达也存在显著的差异。用染色体步移法寻找两个突变体的外源T-DNA整合位点，结果揭示它们都在拟南芥第四条染色体上编码推测的SecA类型叶绿体蛋白转运因子(SecA-type chloroplast protein transport factor)的基因上有外源T-DNA插入。SecA类型叶绿体蛋白转运因子是类囊体蛋白转运系统的Sec途径中的组分。研究Sec途径对类囊体蛋白的定位机制可进一步了解叶绿体发育，对研究光合作用与叶的发育乃至衰老的关系有重要的科学意义。 综上所述，本课题研究了大豆与衰老相关的LRR型类受体蛋白激酶GmSARK基因结构与功能的关系，对揭示高等植物叶片衰老信号转导的分子机制有重要意义；通过对拟南芥两个衰老相关突变体的初步鉴定，对揭示叶绿体的发育、光合作用乃至衰老的信号转导机制有重要意义。 收起