拟南芥质体定位的叶酰聚谷氨酸合成酶AtDFB生物学功能研究

【摘要】叶酸在植物体内主要以多谷氨酸尾形式存在,参与很多重要的生命活动。单谷氨酸尾形式的叶酸可以在叶酰聚谷氨酸合成酶(FPGS)的作用下生成多谷氨酸尾形式的叶酸。本研究利用质体定位的FPGS(又称FPGS1或AtDFB)功能缺失的突变体解析叶酸在拟南芥发育和代谢中的生物学功能。主要结果如下：1.当培养基中氮源充足时,atdfb突变体主根明显短于野生型,培养11天时突变体的主根长度只有野生型的23%。突变体对低氮胁迫反应比野生型更敏感：在低氮条件下,突变体发育几乎停滞,培养11天时突变体的主根长度只有野生型的4%。不管在氮源充足还是低氮条件,互补植物的表型均恢复至野生型水平。另外,低氮条件下突变体发育几乎停滞的表型可以被5-甲酰四氢叶酸(5-F-THF)恢复。同时,在添加5-F-THF的条件下突变体的静止中心细胞排列正常。2.土壤培养条件下,播种后5天的突变体主根比野生型短,15天时其主根长度与野生型类似。另外,突变体的抽薹时间比野生型要晚一周。3.成熟的突变体种子体积比野生型小,千粒重比野生型降低5%。突变体种子总碳(C)含量比野生型低,而总氮(N)含量高于野生型,C/N比值比野生型低23%,说明突变体种子的碳氮分配能力不足。进一步分析发现突变体种子中储存的营养物质含量发生变化,碳含量丰富的化合物如糖类、有机酸、脂肪酸等含量偏高,而氮含量丰富的化合物如氨基酸、可溶蛋白和N03含量降低。4.黑暗培养条件下,突变体只能利用培养环境中的硝态氮(N03),不能利用铵态氮(NH4+)或有机氮(例如Asn或Gln)。在硝酸根(N03)充足条件下,突变体暗形态建成异常,下胚轴长度只有野生型的80%,进一步研究发现突变体下胚轴伸长的障碍可能与种子胚中储存的物质不足有关。在N03不足时,突变体的下胚轴随着培养基中N03的减少而逐渐缩短。在上述两种NO3条件下,5-F-THF均能使突变体短下胚轴长度恢复至野生型水平,但是在铵态氮条件下,5-F-THF不能使突变体下胚轴伸长恢复。5.暗形态建成过程中突变体的叶酸代谢发生紊乱,主要表现为：总叶酸和5-甲基四氢叶酸(5-M-THF)含量低于野生型,5-M-THF占总叶酸的比例较野生型低,七谷氨酸尾形式的5-M-THF和5-F-THF含量较野生型高。氮源充足的条件下突变体中多种代谢物含量异常,如氨基酸、菜油甾醇、S-腺苷甲硫氨酸等；低氮条件下突变体中积累了更多的代谢物,如氨基酸、糖类、豆甾醇、有机酸和脂肪酸等。转录组数据分析表明,这些代谢物含量的变化与对应代谢途径关键酶基因的表达改变有关。5-F-THF在一定程度上可以恢复突变体的叶酸代谢和其他代谢。总之,我们的研究结果表明,(1)AtDFB的功能缺失影响了拟南芥根的发育及种子储存物的积累；(2)种子储存物积累的异常影响了突变体的暗形态建成；(3)突变体中叶酸代谢的紊乱导致多条代谢途径基因表达变化及代谢网络中多种代谢物含量的异常,最终导致了拟南芥暗形态建成的异常。该研究阐述了叶酸代谢对植物种子储存物积累的影响,建立了叶酸代谢与其他代谢网络及暗形态建成之间的联系。
【作者】孟红岩；
【导师】张春义；
【作者基本信息】中国农业科学院，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】叶酸；叶酰聚谷氨酸合成酶；种子储存物；暗形态建成；代谢网络；转录组；

【参考文献】
[1]姚利权,许伟杰,占文信.发展海洋文化产业是个新课题[J].浙江经济,2013,08:53.
[2]吕鸥.新时期军旅题材电视剧的困境与突围[D].中国艺术研究院,广播电视艺术学,2012,硕士.
[3]周睿,胡玉喆,熊颖,王辉,葛剑平,毕晓丽.岷江上游河岸带土地覆盖格局及其生态学解释[J].植物生态学报,2007,01:2-10.
[4]沈玉慧.创伤理论视角下露易斯·格吕克诗歌解读[D].扬州大学,英语语言文学,2012,硕士.
[5]王立新.模糊系统:挑战与机遇并存──十年研究之感悟[J].自动化学报,2001,04:585-590.
[6]周艳聪.基于粗集理论的连续属性离散化及规则提取技术研究[D].河北工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[7]阿马达（KbeidichAhmedSalem）.International Human Resource Management Case Study of the MNCs in China[D].华中师范大学,工商管理,2014,硕士.
[8]杨元璋.考虑滑移的轻钢桁架梁-OSB板组合楼盖性能研究[D].重庆大学,结构工程,2014,硕士.
[9]吕军.电子商务企业“定向网络营销系统”的研究[J].管理信息系统,2001,07:42-46.
[10]白静.新型纳米材料及其用于电化学免疫传感器对于克伦特罗特异性检测的研究[D].华东师范大学,分析化学,2013,硕士.
[11]付夏楠.内含肽介导的重组酶Cre拆分及其在拟南芥中的删除活性研究[D].西南大学,植物学,2014,硕士.
[12]张承福,赵刚.联想记忆神经网络的若干问题[J].自动化学报,1994,05:513-521.
[13]俞恒舟.反向最近邻联合查询技术的研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[14]尕桑措.《霍岭大战》与《平家物语》比较研究[D].西北民族大学,历史文献学,2012,硕士.
[15]施黎敏.基于利益相关者理论的节能生态型住区规划设计研究[D].浙江大学,建筑与土木工程（专业学位）,2012,硕士.
[16]庞新源.非合作目标识别及多功能捕获机构的研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[17]郭宝珍.石家庄市城市客运交通发展策略研究[D].武汉理工大学,交通运输工程,2003,硕士.
[18]黄舜.论广告微电影的视听语言运用特点[D].云南艺术学院,戏剧戏曲学,2013,硕士.
[19]何书中.论集体土地征收补偿范围[D].苏州大学,宪法学与行政法学,2014,硕士.
[20]梁向楠.慢性肾衰竭大鼠颈—股动脉脉搏波速率与I型胶原的关系[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[21]尚丽丽.会见权：辩护律师和受追诉者双重透视[D].扬州大学,法律,2012,硕士.
[22]鲍建宇,曾雨竹,张仲超.一种电流均衡控制PWM单相5电平电流型变流器[J].电力系统自动化,2006,07:69-72.
[23]夏浩瑄,刘子胥.基于SVPWM的变参数MRAS速度辨识模型仿真与研究[J].电气传动,2014,05:31.
[24]贾振华.氧化铝陶瓷与铝基薄膜的性能研究[D].广东工业大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[25]萨茹拉.初一思想品德教学中有效实施心理健康教育问题研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[26]范兴明.云南省构建城乡社会保障一体化的对策研究[D].云南财经大学,社会保障,2014,硕士.
[27]汪孔梅.90后大学生责任教育研究[D].中国海洋大学,思想政治教育,2014,硕士.
[28]张义增.潍坊市农村土地整治审批管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[29]胡碧惠.沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）CQV97铁载体的初步研究[D].华侨大学,微生物学,2013,硕士.
[30]田昱泽.河南省叶县现代农业发展研究[D].华中师范大学,农业推广,2014,硕士.
[31]严亚琴.“非智力因素”对思想品德课学习的影响与教学策略研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[32]倪翠竹.基于视频的交通标志文字检测与识别算法研究[D].北京交通大学,2015.
[33]周琰.基因专利——我们如何面对“生物海盗”？[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[34]席道瑛,易良坤,马勇,刘卫,史进良.砂岩中孔隙流体的黏性与衰减、模量和速度色散[J].石油地球物理勘探,1999,04:420-425+490.
[35]张秋余,张红,马彦宏.基于Web信息领域的知识库模型的研究与设计[J].微机发展,2003,12:31-33+81.
[36]狄崇慧.α-羰基二硫缩烯酮与丙炔胺类化合物的[3+2]环合反应研究[D].东北师范大学,有机化学,2012,硕士.
[37]赵景刚.我国大学章程建设问题研究[D].山东大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]汪立峰.聚乙二醇—四氧化三铁—二氢卟吩纳米复合物的体外光动力治疗及磁共振成像的研究[D].苏州大学,影像医学与核医学,2013,硕士.
[39]陈瑶.复合式屏蔽门地铁车站自然通风特性研究[D].西南交通大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[40]蔡田园.基于WindowsCE的便携式振动监测仪软件开发与设计[D].华北电力大学（北京）,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[41]林乐刚.分数阶微分方程边值问题解的存在唯一性[D].上海理工大学,应用数学,2012,硕士.
[42]周红兵,寿彩丽,于芬.基于网站调查的高校学术期刊数字化发展探析——以浙江省高校学术期刊为样本[J].中国出版,2014,21:49-53.
[43]李长林.稀土掺杂NaGdF_4上下转换双模式发光材料的合成与表征[D].海南大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[44]陈峙宇.农村商业银行保理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[45]梁岩.汽车再制造企业旧件回收业务系统的优化研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[46]董臣强,王军.准噶尔盆地车排子地区新近系沙湾组一砂组油层地震特征分析[J].石油地球物理勘探,2007,04:445-447+488+360.
[47]胡连哲,韩双,李海娟,徐国宝.电化学发光分析新材料及新应用[A].中国化学会.中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C].中国化学会:,2010:1.
[48]易景娜.护士主导的全科团队家访服务对居家高龄老人健康状况影响的研究[D].复旦大学,护理学,2012,硕士.
[49]毛兴纲.产业发展与政府规制改革——以民用航空业为例的思考[D].吉林大学,政治经济学,2004,硕士.
[50]刘朋朋.外源性硫化氢对大鼠视网膜缺血再灌注损伤的保护作用[D].辽宁医学院,眼科学,2012,硕士.