生物学报(2006)41(1): 31-43
水稻 (Oryza sativa L.) Osm30 分泌性蛋白质的生化及功能分析 — 一种第三型的几丁质酶
嘉雯 王玉麒*
国台湾师范大学生命科学系 (收稿日期:2006.4.11,接受日期:2006.5.2)
摘
要
本研究自水稻的悬浮细胞培养液中,分离出一分子量为 30 kDa,且具有水解 glycol chitin 活性 之蛋白质 (Osm30).经由蛋白质 N 端胺基酸微定序分析及基因选殖的结果显示,Osm30 为水稻的 第 III 型几丁质酶家族的一员.将 Osm30 基因转形并表现於大肠杆菌时,可观察到细菌生长被抑制 的情形,推测 Osm30 可能具有溶菌酶的活性.在水稻细胞悬浮培养的过程中,Osm30 的 mRNA 会 因继代培养而有暂时性增加表现的情形,但其在细胞内的蛋白质含量则相对稳定,而在培养液中, Osm30 蛋白质则是随著培养天数增加而持续累积,显示 Osm30 蛋白质具有高度稳定性.当以四种 病原真菌,包括:Rhizoctonia solani,Sarocladium oryzae,Gibberella fujikuroi 和 Bipolaris oryzae, 感染水稻细胞时,均会诱导增加 Osm30 的表现量,显示 Osm30 可能在水稻的抗菌防御机制中扮演 相关角色.甲基茉莉酸 (MeJA),离层酸 (ABA) 和水杨酸 (SA) 为已知和植物防御机制有关的生 长调节剂,当以这些生长调节剂对水稻细胞进行处理时,MeJA 与 ABA 可诱导 Osm30 的表现,但 是 SA 的处理则不影响 Osm30 的表现 此外 我们也在 Osm30 基因的起动子区域发现与 JA 和 ABA . , 相关的转录调控位.根据上述资料,我们推测 Osm30 为一具有几丁质酶和溶菌酶双重酵素活性的 蛋白质,在水稻细胞内平常只有基础量的表现,但当病原菌入侵时,可能经由 JA 或/和 ABA 启动 的讯息传递途径来激发 Osm30 的表现,以强化植物的防御机制. 关键词:水稻,几丁质酶,溶菌酶,茉莉酸,离层酸
绪
言
经过长期的演化,植物衍生出多重防御反应 来抵御病原菌的入侵,这些反应包括强化细胞壁 结构,产生植物杀菌素 (phytoalexins),及表现各 种 「 病 原 相 关 蛋 白 质 (pathogenesis-related proteins, PR proteins)」.PR proteins 的基本特性 是会受到病原菌的诱导而表现.此外,PR proteins 亦会受多种其他生物性和非生物性因子的影 响:前者如诱引剂 (elicitors) 和植物生长调节 剂;后者如乾旱,高盐,受伤,和重金属等环境 因子 (Kasprzewska, 2003).PR proteins 的表现是 植 物 防 御 机 制 中 很 重 要 的 环 节 , 部 份 PR proteins,如 β-1,3-醣苷酶 (β-1,3-glucanase) 已被 证实可水解病原菌的细胞壁成份,而直接抑制病 原菌的生长 (Collinge et al., 1993);另有一些 PR
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proteins,如 PR-1,chitinase,osmotin,peroxidase, PR10,thionin 和 SAR8.2 等,则可参与植物的过 敏反应 (hypersensitive reaction, HR) 和系统性抗 病反应 (Systemic acquired resistance, SAR),间接 减缓病原菌在植物体内的扩张 (Ryals et al., 1996; Lee and Hwang, 2005). 在植物体内,几丁质酶是 PR proteins 的成员 之ㄧ,该酵素的主要受质为由乙醯葡萄醣胺 (N-acetylglucosamine) 组成的几丁质.目前植物 体内已知含有多种几丁质酶的同功酵素,依据其 水解受质的机制不同,这些几丁质酶被分别归类 为醣苷水解酵素 (glycosyl hydrolase) 的第 18 或 19 族,而其中第 18 族的醣苷水解酵素除了具有 几丁质酶的特性之外,亦常含有溶菌酶 (lysozyme) 的活性 (Collinge et al., 1993; Meins et al., 1994).
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通信作者:王玉麒(Yu-Chie Wang);FAX: 886-2-29312904;E-mail:biowyc@ntnu.edu.tw
Chia-Wen Li, Yu-Chie Wang

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