维管束分布在植物的根、茎、叶等部位,用来运输水分、营养物质,并且为植物提供机械支持,研究维管束的发育模式及其调控机制具有重要的理论意义。START(The Steroidogenic Acute Regulatory Protein-related Lipid Transfer)保守结构域约由220个氨基酸组成,在拟南芥中,具有START结构域的蛋白质共有35个,仅具有START结构域的蛋白质有9个,已报道HD-ZIP-START多结构域的蛋白质家族成员在调控拟南芥维管束建成中具有重要作用。但仅具有START结构域的9个蛋白质是否具有调控维管束建成的功能未知。论文以仅具有START结构域亚家族蛋白质为研究对象,利用生物信息学分析对仅具有START结构域亚家族基因表达特性及蛋白的理化性质、各START结构域的特征进行重点解析。在此基础上,观察比较拟南芥中仅具有START结构域的9个成员的功能获得和缺失的突变体维管束的发育情况,确定仅具有START结构域蛋白质调控维管束建成的功能。利用qRT-PCR技术分析家族成员对已知维管束建成基因的表达量的影响、酵母双杂交技术筛选START结构域蛋白质亚家族成员的互作蛋白,揭示仅具有START结构域蛋白质的作用机制。为方便描述,将拟南芥中仅具有START结构域的成员命名为PCST(ProMedical nurse practitionerstein Containg START domain),9个成员分别从1到9命名,即PCST1到PCST9。结果如下:1.仅具有START结构域蛋白质家族成员的生物信息学分析生物信息学分析表明,仅具有START结构域亚家族蛋白质多为不稳定蛋白质,PCST1/2/3/6均具有一个跨膜片段,PCST4/5均具有两个跨膜片段,PCST7/8/9无跨膜片段。START结构域在各蛋白质中起始位置、大小各不相同,具有不同的配体结合位点,其中PCST1/2/3/6蛋白质具有磷脂酰胆碱结合位点,PCST4/5蛋白质具有疏水配基结合位点,PCST7/9蛋白质具有脂类结合位点,暂未发现PCST8蛋白质的配体结合位点。染色体定位分析表明,PCST1/3位于3号染色体,PCST2/6位于1号染色体,PCST4/8位于4号染色体,PCST5/7/9位于5号染色体。PCST1-PCST9具有不同的时空表达特性,各基因在不同时期不同组织中均有表达,且表现出明显的组织特异性。2.仅具有START结构域亚家族成员亚细胞定位分析亚细胞定位显示,仅具有START结构域的蛋白质绝大多数定位在细胞质膜,PCST1和PCST8蛋白质均定位在细胞膜和细胞核。3.具有START结构域蛋白质调控维管束建成的功能分析(1)仅具有START结构域亚家族基因功能获得和功能缺失突变体维管束表型分析对子叶叶脉进行观察,结果发现过表达和突变体子叶叶脉形态发生了变Erdafitinib临床试验化,过表达植株子叶叶脉只有三条二级叶脉,与主脉形成三个完整的脉间区域,而突变体植株部分子叶pcst1、pcst2、pcst3和pcst6只有两条二级叶脉,与主脉形成两个脉间区域,二级叶脉发育受到影响。对莲座叶叶脉进行观察,发现与野生型拟南芥相比,过表达植株叶片除PCST3-OE以外二级叶脉数目未发生明显变化,三级叶脉和四级叶脉数量增多,突变体叶片除pcst8外二级叶脉数目未发生明显变化,三级叶脉和四级叶脉数量减少,psct7三级和四级叶脉未发生明显变化。对茎维管束进行观察发现,与野生型拟南芥相比,过表达植株茎维管束数目明显变多,束间纤维组织细胞体积变大,木质化程度增强;突变体植株茎变细,维管束数目未发生明显变化。(2)多结构域蛋白质PH-START1基因功能获得和功能缺失突变体维管束表型分析对子叶叶脉进行观察,发现PH-START1-OE和ph-start1子叶叶脉均有三条二级叶脉,与主脉形成三个闭合的脉间区域,子叶叶脉形态发生了变化。对莲座叶叶脉进行观察,PH-START1-OE植株二、三、四级叶脉数量均显著减少,ph-start1突变体植株二、三和四级叶脉数量均显著增多。对茎维管束进行观察,发现PH-START1-OE植株茎维管束数目未发生明显变化,ph-start1突变体植株茎维管束数目明显变多,NSC 119875作用木质部和束间纤维组织细胞大小和数量均发生变化。4.具有START结构域蛋白质调控维管束建成的分子机制分析利用qRT-PCR技术对PCST1和PH-START1过表达和突变体中已知维管束相关基因 CVP2、SFC、AXR1、ATHB-8、PIN1、LAX2、WRKY13、DET3、HDT1的表达量进行分析,结果表明PCST1和PH-START1表达量发生变化会引起这些基因表达量的改变,二者通过调控这些基因的表达量进而调控维管束的发育。酵母双杂交结果显示,PH-START1和KNAT1蛋白质间不存在互作关系。PCST1筛选到5个候选互作蛋白,其中EXLB1和CALS1与维管束发育相关;PH-START1筛选到9个互作蛋白,其中POM1与维管束发育相关。5.START结构域蛋白质对flg22的响应用不同浓度的flg22去处理生长4天的野生型拟南芥和仅含START结构域亚家族成员过表达及T-DNA插入突变体,观察主根抑制情况,结果显示flg22对各突变体的主根抑制程度不一样,说明仅含START结构域亚家族成员有可能参与拟南芥免疫反应。