水稻花粉CDPK激活酵素及其受質蛋白之分子鑑定與功能分析

Abstract

鈣離子是花粉萌發的必要因子，亦是被廣泛研究的次級訊息傳導因子(secondary messenger)，然而目前對鈣離子在花粉中訊息傳導過程的研究仍相當有限。先前本實驗室選殖出OSCK1 與OSCK2 兩個僅於成熟花粉中表現的calcium-dependent calmodulin-independent protein kinase (CDPK) 基因，由於OSCK1 基因部份被靜默的水稻呈現花粉皺縮、花粉管萌發比例與種子稔實率均降低的外表型，故判斷OSCK1 基因乃參與調控花粉之發育甚至其萌發過程，上述性狀並伴隨環境不良(例如低溫)而更為明顯。本研究主題之一為進行細胞學實驗深入解析OSCK1 表現量降低究竟如何導致花粉發育失常？其影響的關鍵發育時期與組織結構為何？OSCK1 基因表現量與植株低溫耐受性是否相關？而OSCK1 的生理角色是否具有跨物種的保守性？針對此課題，首先將檢查雙子葉模式植物阿拉伯芥是否具有OSCK1 之同源基因(ortholog)？其T-DNA 插入的突變植株中花粉發育是否異常？檢查包括水稻、阿拉伯芥與其他高等植物OSCK1-like 基因群的表現模式，可以判別高等植物是否具有一個花粉專一性表現的CDPK 基因分支群(clade)？另一方面，由於CDPK 為一激活酵素，細胞中必定有蛋白受質以接受其磷酸化訊息傳導，前期工作中，本實驗室已利用酵母菌雜合分析篩得一個顯著具有交互作用的OSCK1-interacting protein 30 (OIP30)殖系，故本計劃研究主題之二將探討OSCK1 與OIP30 二者之酵素與受質交互作用關係，並闡明其胞內分佈位置是否共同受到特定訊息刺激所調控？最後，由於OIP30 被預測具有RuvB-like DNA 解旋酵素活性，此種基因在酵母菌中被確認是一個重要的必需基因，但在植物中尚未有任何的文獻探討，故於此值得分析OIP30 的生化活性。藉由執行本研究計畫，我們希望部份闡明花粉中自鈣離子訊號、結鈣激活酵素、至激活酵素受質的訊息傳導動作，並透過分析基因轉殖植物性狀，解析此傳導路徑改變對於花粉發育或萌發過程實際產生的影響。