拟南芥中性蔗糖酶基因AtNIN1（neutral invertase）的功能及其在侧根发育中的调控机制研究
蔗糖的分解对植物的生长发育起着重要的作用，不仅调控着体内碳源的分配，而且提供己糖依赖的糖信号的起始。蔗糖的分解主要有蔗糖酶或蔗糖合成酶参与的两条路径，植物中蔗糖酶包括酸性蔗糖酶和中性/碱性蔗糖酶。大量的研究表明酸性蔗糖酶在植物伤害的防御、细胞分化、果实的发育等过程中发挥重要的功能。但对中/碱性蔗糖酶的研究甚少，中/碱性蔗糖酶在植物发育中的功能仍然未知。
渗透胁迫通过抑制侧根顶端分生组织的激活从而抑制侧根的发育。已知ABA在这个抑制过程中发挥了重要作用，但具体的分子机制仍不清楚。我们筛选到一个渗透胁迫抑制侧根发育不敏感的突变体，经基因克隆得知该突变体是由于一个中性蔗糖酶基因突变导致而成，命名为Atnin1。经过对Atnin1突变体和AtNIN1基因的研究我们得出以下结论：
1.AtNIN1基因突变导致了拟南芥主根的缩短，降低了高渗对侧根抑制的敏感性。CycB1-GUS转基因材料的结果显示渗透胁迫条件下，Atnin1突变体在侧根原基和侧根分生区的细胞分裂活性要高于野生型。
2.AtNIN1基因还调控植物地上部的发育包括花序的提前抽出，叶片、果荚变小，植物矮小等。
3.图位克隆的结果显示Atnin1突变体是由于中性蔗糖酶基因AtNIN1突变导致而成，回复结果也充分证明了这一结论。
4.AtNIN1特异性地催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖，这不同于酸性蔗糖酶，后者大都是β-果糖苷酶类，二者在蛋白序列上也无同源性。中性蔗糖酶是植物和光()细菌所特有的一类基因。
5.渗透胁迫可以诱导体内中性蔗糖酶活性的增加，Atnin1突变体内的中性蔗糖酶活性在正常和渗透处理条件下都低于野生型。糖含量测定的结果显示不论在对照和甘露醇处理条件下，Atnin1体内己糖对蔗糖的比例都要远远小于野生型的比例。
6.Atnin1对葡萄糖、ABA抑制侧根的敏感性要高于野生型，外源低浓度的葡萄糖或ABA就能回复渗透胁迫对Atnin1侧根发育的抑制。这说明葡萄糖和ABA信号传导的路径在Atnin1突变体内并没有中断，而是由于突变体内葡萄糖的含量改变而引起的对渗透胁迫抑制侧根发育的不敏感。
综上所述，拟南芥中性蔗糖酶基因AtNIN1不仅在植物正常的发育过程中发挥重要作用；而且，AtNIN1所催化的蔗糖代谢过程参与了渗透胁迫对侧根的抑制过程。
拟南芥;中性蔗糖酶基因;侧根原基;渗透胁迫;脱落酸ABA
浙江大学
博士
遗传学
吴平
2006
中文
Q94-3
78
2007-07-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）