２０１４年第２８卷第３期 作物研究 ２５１ 酪氨酸及酪氨酸降解途径中ＨＧＯ基因突变 对拟南芥幼苗生长的影响 陈彦成 ，钱伟超 ，彭志红 ，任春梅 （１湖南农业大学生物科学技术学院，长沙４１０１２８；２作物基因工程湖南省重点实验室，湖南长沙４１０１２８） 摘要：以拟南芥野生型Ｃｏｌ一０和突变体ｈｇｏ一１为研究材料，以ＭＳ为基本培养基，研究酪氨酸及酪氨酸降解途 径对拟南芥幼苗生长的影响。结果表明：酪氨酸降解途径中ＨＧＯ基因突变可以促进拟南芥幼苗的生长；同时发 现，在含０．０１ ｍｍｏｌ／Ｌ酪氨酸的培养基中的Ｃｏｌ一０和ｈｇｏ一１幼苗生长量高于对照，而培养在分别含０．１、０．５、１．０ ｍｍｏｌｆＬ酪氨酸的培养基中的Ｃｏｌ一０和ｈｇｏ一１幼苗生长量低于对照组。这说明低浓度酪氨酸促进拟南芥幼苗的 生长，高浓度酪氨酸则抑制拟南芥幼苗的生长。 关键词：酪氨酸；拟南芥；ＨＧＯ基因 中图分类号：Ｑ９４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—５２８０（２０１４）０３－０２５１－０３ ＤＯｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—５２８０．２０１４．０３．０５ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｔｙｒｏｓｉｎｅ ａｎｄ Ｉｔｓ ＨＧＯ Ｇｅｎｅ Ｍｕｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＢｉＯｄｅｇｒａｄａｔｉＯｎ Ｐａｔｈｗａｙ ｏｎ Ｇ ｒｏｗｔｈ ｏｆ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ Ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ＣＨＥＮ Ｙａｎ—ｃｈｅｎｇ ，ＱＩＡＮ Ｗｅｉ—ｃｈａｏ ，ＰＥＮＧ Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ ，ＲＥＮ Ｃｈｕｎ—ｍｅｉ ，。 （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） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｙｒｏｓｉｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ＨＧＯ ｇｅｎｅ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐａｔｈｗａｙ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｗｉｌｄ ｔｙｐｅ Ｃｏｌ一０ ａｎｄ ｍｕｔａｎｔ ｈｇｏ一１ ａｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｗｉｔｈ ＭＳ ａｓ ｂａｓｉｃ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＨＧＯ ｇｅｎｅ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐａｔｈｗａｙ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ａｒａｂｉ— ｄｏｐｓｉｓ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｏｆ Ｃｏｌ一０ ａｎｄ ｈｇｏ一１ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ＭＳ ｍｅｄｉｕｍ ｗｉｔｈ ０．０１ ｍｍｏｌ／Ｌ ｔｙｒｏｓｉｎｅ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏ１． ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ＭＳ ｍｅｄｉｕｍ ｗｉｔｈ ０．１ ｏｒ ０．５ ｏｒ １．０ ｍｍｏｌ／Ｌ ｔｙｒｏｓｉｎｅ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｒｏｓｉｎｅ ｐｒｏｍｏｔｅｄ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｗｈｉｌｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｒｏｓｉｎｅ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｙｒｏｓｉｎｅ；Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ；ＨＧＯ ｇｅｎｅ 酪氨酸降解是动物体内的基本途径，但其在植 酮酸双氧化酶（ＨＰＰＤ）催化生成尿黑酸（Ｈｏｍｏｇｅｎｔｉ－ 物中的存在和可能发挥的作用则很少受到关注。酪 ｓａｔｅ）。尿黑酸经尿黑酸１，２双加氧酶（ＨＧＯ）氧化 氨酸降解途径（图１）的第一步是酪氨酸（Ｔｙｒｏｓｉｎｅ） 形成马来酰乙酰乙酸（Ｍａｌｅｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ），后者经 由酪氨酸氨基转移酶（ＴＡＴ）催化生成对羟基苯丙酮 马来酰乙酰乙酸异构酶（ＭＡＡＩ）作用形成延胡索酰 酸（４一Ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌｐｙｒｕｖａｔｅ），然后由对羟基苯丙 乙酰乙酸（Ｆｕｍａｒｙｌａｃｅｔａｔｅ），之后在延胡索酰乙酰乙 收稿日期：２０１３—１０—１７ 作者简介：陈彦成（１９８９一），男，湖南长沙人，硕士研究生。 通信作者：任春梅，博士，教授，Ｅｍａｉｌ：ｒｅｎｃｍ６６＠１６３．ｅｏｍ。 基金项目：国家自然科学基金项目（３０６７１１２１）；湖南省自然科学基金项目（１２ＪＪ２０２１）；湖南省研究生科研创新项目（ＣＸ２０１３Ｂ３０１）。 ２５２ ＣＲＯＰ ＲＥＳＥＡＲＣＨ 酸酶（ＦＡＨ）的作用下形成乙酰乙酸（Ａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ） 和延胡索酸（Ｆｕｒｎａｒａｔｅ） 。拟南芥ｈｇｏ一１为编 码尿黑酸１，２双加氧酶（ｈｏｍｏｇｅｎｔｉｓａｔｅ ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ， ＨＧＯ）基因的Ｔ—ＤＮＡ插入突变体 Ｊ。在前期工作 中，笔者发现自然生长的ｈｇｏ—ｌ植株形态与Ｃｏｌ一０ 相比较显得更为壮硕，推测这可能与其酪氨酸降解 途径受阻有关，故本研究以拟南芥野生型Ｃｏｌ一０和 突变体ｈｇｏ一１为材料，研究酪氨酸及酪氨酸降解途 径中ＨＧＯ基因突变对拟南芥幼苗生长的影响。 Ｔｙｒｏｓｉｎ ．Ｉ｝ ４—Ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌｐｙｒｕｖａｔｅ ￣ｔＨＰＰＤ Ｈｏｍｏｇｅｎｔｉｓａｔｅ ．ＧＯ Ｍａｌｅｙｌａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ ；ＭＡＡＩ Ｆｕｍａｒｙｌａｃｅｔａｔｅ ＩＦＡＨ Ｆｕｍａｒａｔｅ Ａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ 图１酪氨酸降解途径 Ｆｉｇ．１ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐａｔｈｗａｙ ｏｆ ｔｙｒｏｓｉｎｅ １材料与方法 １．１材料 拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ）野生型（Ｃｏｌ一０， ｗＴ）和ｈｇｏ一１突变体购自拟南芥生物资源中心 （Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ），酪氨酸（Ｌ —Ｔｙｒｏｓｉｎｅ）购自Ｓｉｇｍａ公司。 １．２ 方法 拟南芥种子（Ｃｏｌ一０和ｈｇｏ—１）经消毒液（２０％ ｂｌｅａｃｈ＋０．１％Ｔｒｉｔｏｎｌ００）浸泡１０ ｍｉｎ，无菌水清洗４ ～５遍，直接播种在分别含０、０．０ｌ、０．０５、０．１、０．５、 １．Ｏ．ｍｍｏｌ／Ｌ酪氨酸的ＭＳ固体培养基上，４￣Ｃ黑暗处 理３ ｄ后（春化），置于２２℃光照培养（１６ ｈ光照／８ ｈ黑暗）Ｅ６， １２ ｄ，随机取３０株Ｃｏｌ一０和ｈｇｏ一１突 变体植株，分别称量其地上部分鲜重后做统计分析。 １．３数据处理 用Ｅｘｃｅｌ处理实验数据，用ＰＡＳＷ软件进行数 据分析。 ２结果与分析 ２．１ 拟南芥ＨＧＯ基因突变对幼苗生长的影响 在ＭＳ培养基上，突变体ｈｇｏ一１幼苗的生长比 野生型Ｃｏｌ一０更为健壮，对生长１２ ｄ的幼苗进行地 上部分称重，对比发现野生型Ｃｏｌ一０幼苗均重为 ９．３ ｍｇ，突变体ｈｇｏ一１幼苗均重为１１．８ ｍｇ，ｈｇｏ一１ 均重明显高于Ｃｏｌ一０。这表明酪氨酸降解途径中 ＨＧＯ基因突变可以促进拟南芥幼苗的生长。 ２．２酪氨酸对拟南芥幼苗生长的影响 鉴于前面的试验结果，推测可能是由于拟南芥 中酪氨酸降解途径受阻，导致酪氨酸的积累促进了 ｈｇｏ一１的生长。故将Ｃｏｌ一０和ｈｇｏ一１播种在分别 含０、０．０１、０．０５、０．１、０．５、１．０ ｍｍｏｌ／Ｌ酪氨酸的ＭＳ 固体培养基上，生长１２ ｄ后观察植株表型及测量地 上部分的鲜重，以进一步验证酪氨酸降解途径对于 拟南芥幼苗生长的影响，结果如表１。 表１不同浓度酪氨酸处理下的Ｃｏｌ一０和 ｈｇｏ一１幼苗均重比较 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｖｅｒａｇｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｃｏｌ－－０ ａｎｄ ｈｇｏ—－１ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｔｙｒｏｓｉｎｅ 注：同列数据后小写字母不同表示差异显著（ｐ＜０．０５）。 通过观察不同浓度外源酪氨酸处理下Ｃｏｌ一０ 和ｈｇｏ一１的表型（图２）及比较同条件下Ｃｏｌ一０和 ｈｇｏ一１地上部分的鲜重（表１），可以看出，随着培 养基中酪氨酸浓度的升高，Ｃｏｌ一０幼苗的均重变化 表现出先增加后减少的趋势。当培养基中酪氨酸浓 度为０．０１ ｍｍｏｌ／Ｌ时，Ｃｏｌ一０幼苗的均重高于自身 对照且差异显著。当酪氨酸浓度为０．０５ ｍｍｏｌ／Ｌ 时，Ｃｏｌ一０幼苗的均重略高于对照但差异不显著。 当酪氨酸浓度为０．１～１．０ ｍｍｏｌ／Ｌ时，Ｃｏｌ一０幼苗 的均重都低于自身对照且差异显著。这说明酪氨酸 对拟南芥幼苗的生长有“低浓度促进，高浓度抑制” 的作用。ｈｇｏ一１幼苗的均重也表现出先增加后减 少的趋势，在培养基中酪氨酸浓度为０．０１ ｍｍｏｌ／Ｌ 时，ｈｇｏ一１幼苗的均重高于自身对照且差异显著， 但均重的增加幅度低于Ｃｏｌ一０；在酪氨酸浓度为 ０．０５～１．０ ｍｍｏｔ／Ｌ时，ｈｇｏ一１幼苗的均重低于自身 对照且差异显著。
