阿拉伯芥hit5突變株探究法尼酯作用調節植物耐受熱逆境之機制(2/3)

為瞭解植物耐受高溫逆境之機轉，進而以遺傳工程改良作物耐熱力，以因應全球暖化之威脅，本實驗室以前向式遺傳學的策略，自ethyl methanesulfonate (EMS)處理過之阿拉伯芥M2子代中，篩選出一對持續性高溫逆境 (37°C培養4天)失去耐受性之突變植株，命名為heat-intolerant 5-1 (hit5-1)。後續分析發現，hit5-1雖對持續性高溫敏感，但對熱休克(44°C 培養40分鐘) 則比野生型更具耐受力。經基因定位、互補實驗及序列比對，確認hit5-1突變點落在編號At5g40280 之 ERA1 基因上。ERA1 所編碼的蛋白質產物，為蛋白質法尼酯化酵素(protein farnesyltransferase, PFT) 的β 次單元。法尼酯化(farnesylation)是蛋白質後轉譯修飾的一種方式。目前已知，ERA1 突變株會有種籽延遲萌芽、氣孔關閉、耐旱等ABA誘導的性狀。一般認定，植物細胞內，至少有一個ABA負調節因子於常態下須被法尼酯化。至於法尼酯化對植物熱逆境反應的調節，及熱逆境下存活力的影響，則未被報導過。hit5-1 的篩選及初步分析，無疑提供了最新穎及最直接的證據，指出法尼酯化在植物熱逆境反應中，扮演了必要性的角色。也據此，幾個重要的疑題亟須釐清。第一、hit5-1 突變所造成的高溫誘導性狀，是否有ABA訊息的介入？第二、hit5-1 對長期溫合高溫及短期熱休克有不同的反應。PFT的下游是否還有訊息傳遞的分歧，以區隔此二種不同的反應？如果是，有否可能以遺傳學的方式，進一步將這兩個分歧途徑區別出來？意即以hit5-1 為親代，篩出長期溫合高溫逆境「或」短期熱休克逆境下，性狀回復成野生型的雙突變植株？第三、已知熱休克蛋白質(heat shock proteins, HSPs) 的累積與否，直接影響植物熱休克的耐受能力。如是觀之，hit5-1 突變是否改變了HSP 基因的表現？hit5-1耐受熱休克性狀是否來自此一改變？本研究計畫的目的，就是設計並進行實驗，解釋闡說此三疑題。本研究計畫的結果，除了可以讓吾人對植物耐熱機轉有創新的瞭解，也將揭露更多法尼酯化調節細胞生理生化功能的面貌。