酪氨酸及酪氨酸降解途徑中HGO基因突變對擬南芥幼苗生長的影響

，2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學技術(shù)學院，長沙410128；2作物基因工程湖南省重點實驗室，湖南長沙410128）

酪氨酸及酪氨酸降解途徑中HGO基因突變對擬南芥幼苗生長的影響

陳彥成1，錢偉超1，彭志紅1，任春梅1，2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學技術(shù)學院，長沙410128；2作物基因工程湖南省重點實驗室，湖南長沙410128）

以擬南芥野生型Col-0和突變體hgo-1為研究材料，以MS為基本培養(yǎng)基，研究酪氨酸及酪氨酸降解途徑對擬南芥幼苗生長的影響。結(jié)果表明：酪氨酸降解途徑中HGO基因突變可以促進擬南芥幼苗的生長；同時發(fā)現(xiàn)，在含0.01 mmol／L酪氨酸的培養(yǎng)基中的Col-0和hgo-1幼苗生長量高于對照，而培養(yǎng)在分別含0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的培養(yǎng)基中的Col-0和hgo-1幼苗生長量低于對照組。這說明低濃度酪氨酸促進擬南芥幼苗的生長，高濃度酪氨酸則抑制擬南芥幼苗的生長。

酪氨酸；擬南芥；HGO基因

酪氨酸降解是動物體內(nèi)的基本途徑，但其在植物中的存在和可能發(fā)揮的作用則很少受到關(guān)注。酪氨酸降解途徑（圖1）的第一步是酪氨酸（Tyrosine）由酪氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（TAT）催化生成對羥基苯丙酮酸（4-Hydroxyphenylpyruvate），然后由對羥基苯丙酮酸雙氧化酶（HPPD）催化生成尿黑酸（Homogentisate）。尿黑酸經(jīng)尿黑酸1，2雙加氧酶（HGO）氧化形成馬來酰乙酰乙酸（Maleylacetoacetate），后者經(jīng)馬來酰乙酰乙酸異構(gòu)酶（MAAI）作用形成延胡索酰乙酰乙酸（Fumarylacetate），之后在延胡索酰乙酰乙酸酶（FAH）的作用下形成乙酰乙酸（Acetoacetate）和延胡索酸（Fumarate）［1～4］。擬南芥hgo-1為編碼尿黑酸1，2雙加氧酶（homogentisate dioxygenase，HGO）基因的T-DNA插入突變體［5］。在前期工作中，筆者發(fā)現(xiàn)自然生長的hgo-1植株形態(tài)與Col-0相比較顯得更為壯碩，推測這可能與其酪氨酸降解途徑受阻有關(guān)，故本研究以擬南芥野生型Col-0和突變體hgo-1為材料，研究酪氨酸及酪氨酸降解途徑中HGO基因突變對擬南芥幼苗生長的影響。

圖1 酪氨酸降解途徑Fig.1 Biodegradation pathway of tyrosine

1 材料與方法

1.1 材料

擬南芥（Arabidopsis thaliana）野生型（Col-0，WT）和hgo-1突變體購自擬南芥生物資源中心（Arabidopsis Biological Resource Center），酪氨酸（L -Tyrosine）購自Sigma公司。

1.2 方法

擬南芥種子（Col-0和hgo-1）經(jīng)消毒液（20% bleach＋0.1%Triton100）浸泡10 min，無菌水清洗4～5遍，直接播種在分別含0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的MS固體培養(yǎng)基上，4℃黑暗處理3 d后（春化），置于22℃光照培養(yǎng)（16 h光照／8 h黑暗）［6，7］12 d，隨機取30株Col-0和hgo-1突變體植株，分別稱量其地上部分鮮重后做統(tǒng)計分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel處理實驗數(shù)據(jù)，用PASW軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 擬南芥HGO基因突變對幼苗生長的影響

在MS培養(yǎng)基上，突變體hgo-1幼苗的生長比野生型Col-0更為健壯，對生長12 d的幼苗進行地上部分稱重，對比發(fā)現(xiàn)野生型Col-0幼苗均重為9.3 mg，突變體hgo-1幼苗均重為11.8 mg，hgo-1均重明顯高于Col-0。這表明酪氨酸降解途徑中HGO基因突變可以促進擬南芥幼苗的生長。

2.2 酪氨酸對擬南芥幼苗生長的影響

鑒于前面的試驗結(jié)果，推測可能是由于擬南芥中酪氨酸降解途徑受阻，導致酪氨酸的積累促進了hgo-1的生長。故將Col-0和hgo-1播種在分別含0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的MS固體培養(yǎng)基上，生長12 d后觀察植株表型及測量地上部分的鮮重，以進一步驗證酪氨酸降解途徑對于擬南芥幼苗生長的影響，結(jié)果如表1。

表1不同濃度酪氨酸處理下的Col-0和hgo-1幼苗均重比較Table 1 Com parison of average weight of Col-0 andhgo-1 seedlings under different concentration levels of tyrosine

通過觀察不同濃度外源酪氨酸處理下Col-0和hgo-1的表型（圖2）及比較同條件下Col-0和hgo-1地上部分的鮮重（表1），可以看出，隨著培養(yǎng)基中酪氨酸濃度的升高，Col-0幼苗的均重變化表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。當培養(yǎng)基中酪氨酸濃度為0.01 mmol／L時，Col-0幼苗的均重高于自身對照且差異顯著。當酪氨酸濃度為0.05 mmol／L時，Col-0幼苗的均重略高于對照但差異不顯著。當酪氨酸濃度為0.1～1.0 mmol／L時，Col-0幼苗的均重都低于自身對照且差異顯著。這說明酪氨酸對擬南芥幼苗的生長有“低濃度促進，高濃度抑制”的作用。hgo-1幼苗的均重也表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，在培養(yǎng)基中酪氨酸濃度為0.01 mmol／L時，hgo-1幼苗的均重高于自身對照且差異顯著，但均重的增加幅度低于Col-0；在酪氨酸濃度為0.05～1.0 mmol／L時，hgo-1幼苗的均重低于自身對照且差異顯著。

經(jīng)PASW分析，當培養(yǎng)基中無酪氨酸時，Col-0幼苗的均重與hgo-1幼苗差異顯著（0.01＜p＜0.05）。當酪氨酸濃度為0.01～0.5 mmol／L時，相同濃度下Col-0幼苗的均重與hgo-1差異不顯著（p＞0.05）。當酪氨酸濃度為1.0 mmol／L時，Col-0幼苗的均重與hgo-1差異極顯著（p＜0.01），說明hgo-1幼苗對于該濃度酪氨酸的抑制作用反應(yīng)較野生型更敏感。

圖2 不同濃度酪氨酸的擬南芥幼苗生長情況Fig.2 Seed ling grow th under differen tconcentration levels of tyrosine

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，酪氨酸及酪氨酸降解途徑中HGO基因突變均對擬南芥幼苗的生長有影響。當培養(yǎng)基中無酪氨酸時，突變體hgo-1幼苗均重略高于野生型Col-0幼苗均重，這可能是由于酪氨酸降解途徑中HGO基因突變后阻礙酪氨酸降解，積累的酪氨酸促進了hgo-1幼苗的生長；當培養(yǎng)基中酪氨酸濃度較低（0.01 mmol／L）時，Col-0和hgo-1幼苗均重都高于自身對照，表明外源酪氨酸可以促進擬南芥幼苗的生長；但當培養(yǎng)基中酪氨酸濃度較高（0.1～ 1.0 mmol／L）時，Col-0和hgo-1幼苗均重都低于自身對照，且hgo-1幼苗的均重都低于相同酪氨酸濃度下Col-0幼苗的均重，表明擬南芥酪氨酸降解途徑中HGO基因突變積累的酪氨酸與外源酪氨酸共同抑制了hgo-1幼苗的生長。這些結(jié)果說明，酪氨酸對擬南芥幼苗的生長有“低濃度促進，高濃度抑制”的作用。關(guān)于酪氨酸及酪氨酸降解途徑影響擬南芥幼苗生長的機制還有待進一步探討。

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Effect of Tyrosine and Its HGO Gene Mutation in Biodegradation Pathway on G row th of Arabidopsis Seed lings

CHEN Yan-cheng1，QIANWei-chao1，PENG Zhi-hong1，REN Chun-mei1，2*

（1 College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；
2 Crop Gene Engineering Key Laboratory of Hunan Province，Changsha，Hunan 410128，China）

The effects of tyrosine and its HGO genemutation in biodegradation pathway on growth of Arabidopsis seedlings were analyzed with wild type Col-0 and mutant hgo-1 asmaterials and with MSas basicmedium.The results showed that HGO genemutation in biodegradation pathway could promote the growth of Arabidopsis seedlings.The growth of Arabidopsis seedlings of Col-0 and hgo-1 grown on MSmedium with 0.01mmol／L tyrosine was higher than that of control，while the growth of seedlings grown on MSmedium with 0.1 or 0.5 or 1.0 mmol／L tyrosine was lower than of control.It was proposed that low concentration of tyrosine promoted Arabidopsis seedling growth while high concentration of tyrosine inhibited seed ling growth.

Tyrosine；Arabidopsis；HGO gene

Q946

A

1001-5280（2014）03-0251-03 DOI：10.3969／j.issn.1001-5280.2014.03.05

2013 10 17

陳彥成（1989-），男，湖南長沙人，碩士研究生。*通信作者：任春梅，博士，教授，Email：rencm66＠163.com。

國家自然科學基金項目（30671121）；湖南省自然科學基金項目（12JJ2021）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項目（CX2013B301）。