糖基化调控水稻乙醇酸氧化酶与过氧化氢酶互作及过氧化氢信号发生的机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31600193
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
22.0万
负责人：
张智胜
依托单位：
华南农业大学
学科分类：
C0203.植物光合与固氮
结题年份：
2019
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
赵燕；谢德雄；曹哲；龙炎杏；杨正修；
关键词：
过氧化氢酶光呼吸过氧化氢乙醇酸氧化酶糖基化

项目摘要

Glycolate oxidase (GLO) is a key enzyme in photorespiratory metabolism. Increasing evidences indicate that GLO is not only involved in the regulation of photorespiration and photosynthesis, but also plays functional roles in biotic or abiotic stress resistance. Our previous studies have suggested that five GLO isozymes with different catalytic properties are coordinately controlled by GLO1 and GLO4 in rice, recently further revealed that the association-dissociation of GLO with catalase (CAT) in rice could be a potential switch to modulate intracellular H2O2 levels. The glycosylation of GLO may influence the interaction of GLO and CAT and the GLO isoenzyme patterns, but the mechanism in this respect remains unclear. In this study, we intend to identify the glycosylation site of GLO, and analyze the influence of GLO glycosylation on the interaction between the GLO subunits or GLO and CAT. In addition, shall further investigate the role of GLO glycosylation in the glycolate-H2O2 metabolism. Finally, the physiological function of GLO glycosylation in the H2O2-mediated signal transduction will be evaluated. The results through this study will not only be helpful for our understanding of the regulation of H2O2-mediated signal transduction, but also of practical significance when we will be able to use molecular and biotechnological approaches to improve crop stress resistance through regulating H2O2 signaling generation.

乙醇酸氧化酶（Glycolate oxidase，GLO）催化乙醇酸生成乙醛酸并伴随等量H2O2产生，其在植物光呼吸、光合过程以及逆境响应过程中均发挥着重要作用。申请人先前研究证实水稻中由GLO1与GLO4共同编码五种GLO同工酶，且GLO与过氧化氢酶（CAT）存在互作与解离机制，该机制可调节CAT对光呼吸H2O2的清除速率，进而调节细胞内H2O2水平。进一步的研究发现，GLO-CAT互作与解离及GLO同工酶组成形式可能受到GLO糖基化的调控，但其具体机理还不清楚。本项目拟在前期研究基础上鉴定水稻GLO糖基化位点；研究GLO糖基化修饰对GLO与CAT互作及GLO同工酶谱组成的调控作用；进一步解析糖基化调控互作对光呼吸乙醇酸-H2O2代谢的调节作用，探讨其在逆境响应相关H2O2信号转导中的作用。该研究即有助于加深对H2O2信号发生转导机理的认识，还对进一步利用分子生物学手段改善作物耐逆性具有重要实际意义。

结项摘要

光呼吸H2O2代谢与植物多种生物学过程紧密相关, 但其具体调控机制及作用机理还不清楚。本研究发现水稻的乙醇酸氧化酶（GLO）存在糖基化修饰，但该糖基化修饰可能并未参与光呼吸H2O2代谢调控过程。我们同时分析了水稻各GLO同工酶的催化特性并构建了不同的转基因植株，研究结果进一步证实GLO1与GLO4为水稻光呼吸GLO基因，GLO3具有较强的乳酸催化效率，但其并未参与水稻的乳酸抗性过程。此外本研究还发现水稻GLO存在磷酸化修饰，并鉴定到一个蛋白激酶M6与GLO及CAT均可发生蛋白互作。构建的m6突变体叶片中的光呼吸H2O2发生积累，GLO活性与乙醛酸含量均上升。因此M6可能调控着GLO与CAT进而调控了光呼吸H2O2代谢。本项目在此基础上正继续深入分析M6调控GLO与CAT的具体分子机制及其对光呼吸H2O2信号的调控功能，并进一步解析光呼吸H2O2信号在水稻生长发育及抗逆过程中的功能与作用机理。