，2*

（1湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128；2作物基因工程湖南省重点实验室，湖南长沙410128）

酪氨酸及酪氨酸降解途径中HGO基因突变对拟南芥幼苗生长的影响

陈彦成1，钱伟超1，彭志红1，任春梅1，2*

（1湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128；2作物基因工程湖南省重点实验室，湖南长沙410128）

以拟南芥野生型Col-0和突变体hgo-1为研究材料，以MS为基本培养基，研究酪氨酸及酪氨酸降解途径对拟南芥幼苗生长的影响。结果表明：酪氨酸降解途径中HGO基因突变可以促进拟南芥幼苗的生长；同时发现，在含0.01 mmol／L酪氨酸的培养基中的Col-0和hgo-1幼苗生长量高于对照，而培养在分别含0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的培养基中的Col-0和hgo-1幼苗生长量低于对照组。这说明低浓度酪氨酸促进拟南芥幼苗的生长，高浓度酪氨酸则抑制拟南芥幼苗的生长。

酪氨酸；拟南芥；HGO基因

酪氨酸降解是动物体内的基本途径，但其在植物中的存在和可能发挥的作用则很少受到关注。酪氨酸降解途径（图1）的第一步是酪氨酸（Tyrosine）由酪氨酸氨基转移酶（TAT）催化生成对羟基苯丙酮酸（4-Hydroxyphenylpyruvate），然后由对羟基苯丙酮酸双氧化酶（HPPD）催化生成尿黑酸（Homogentisate）。尿黑酸经尿黑酸1，2双加氧酶（HGO）氧化形成马来酰乙酰乙酸（Maleylacetoacetate），后者经马来酰乙酰乙酸异构酶（MAAI）作用形成延胡索酰乙酰乙酸（Fumarylacetate），之后在延胡索酰乙酰乙酸酶（FAH）的作用下形成乙酰乙酸（Acetoacetate）和延胡索酸（Fumarate）［1～4］。拟南芥hgo-1为编码尿黑酸1，2双加氧酶（homogentisate dioxygenase，HGO）基因的T-DNA插入突变体［5］。在前期工作中，笔者发现自然生长的hgo-1植株形态与Col-0相比较显得更为壮硕，推测这可能与其酪氨酸降解途径受阻有关，故本研究以拟南芥野生型Col-0和突变体hgo-1为材料，研究酪氨酸及酪氨酸降解途径中HGO基因突变对拟南芥幼苗生长的影响。

图1 酪氨酸降解途径Fig.1 Biodegradation pathway of tyrosine

1 材料与方法

1.1 材料

拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型（Col-0，WT）和hgo-1突变体购自拟南芥生物资源中心（Arabidopsis Biological Resource Center），酪氨酸（L -Tyrosine）购自Sigma公司。

1.2 方法

拟南芥种子（Col-0和hgo-1）经消毒液（20% bleach＋0.1%Triton100）浸泡10 min，无菌水清洗4～5遍，直接播种在分别含0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的MS固体培养基上，4℃黑暗处理3 d后（春化），置于22℃光照培养（16 h光照／8 h黑暗）［6，7］12 d，随机取30株Col-0和hgo-1突变体植株，分别称量其地上部分鲜重后做统计分析。

1.3 数据处理

用Excel处理实验数据，用PASW软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 拟南芥HGO基因突变对幼苗生长的影响

在MS培养基上，突变体hgo-1幼苗的生长比野生型Col-0更为健壮，对生长12 d的幼苗进行地上部分称重，对比发现野生型Col-0幼苗均重为9.3 mg，突变体hgo-1幼苗均重为11.8 mg，hgo-1均重明显高于Col-0。这表明酪氨酸降解途径中HGO基因突变可以促进拟南芥幼苗的生长。

2.2 酪氨酸对拟南芥幼苗生长的影响

鉴于前面的试验结果，推测可能是由于拟南芥中酪氨酸降解途径受阻，导致酪氨酸的积累促进了hgo-1的生长。故将Col-0和hgo-1播种在分别含0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mmol／L酪氨酸的MS固体培养基上，生长12 d后观察植株表型及测量地上部分的鲜重，以进一步验证酪氨酸降解途径对于拟南芥幼苗生长的影响，结果如表1。

表1不同浓度酪氨酸处理下的Col-0和hgo-1幼苗均重比较Table 1 Com parison of average weight of Col-0 andhgo-1 seedlings under different concentration levels of tyrosine

通过观察不同浓度外源酪氨酸处理下Col-0和hgo-1的表型（图2）及比较同条件下Col-0和hgo-1地上部分的鲜重（表1），可以看出，随着培养基中酪氨酸浓度的升高，Col-0幼苗的均重变化表现出先增加后减少的趋势。当培养基中酪氨酸浓度为0.01 mmol／L时，Col-0幼苗的均重高于自身对照且差异显著。当酪氨酸浓度为0.05 mmol／L时，Col-0幼苗的均重略高于对照但差异不显著。当酪氨酸浓度为0.1～1.0 mmol／L时，Col-0幼苗的均重都低于自身对照且差异显著。这说明酪氨酸对拟南芥幼苗的生长有“低浓度促进，高浓度抑制”的作用。hgo-1幼苗的均重也表现出先增加后减少的趋势，在培养基中酪氨酸浓度为0.01 mmol／L时，hgo-1幼苗的均重高于自身对照且差异显著，但均重的增加幅度低于Col-0；在酪氨酸浓度为0.05～1.0 mmol／L时，hgo-1幼苗的均重低于自身对照且差异显著。

经PASW分析，当培养基中无酪氨酸时，Col-0幼苗的均重与hgo-1幼苗差异显著（0.01＜p＜0.05）。当酪氨酸浓度为0.01～0.5 mmol／L时，相同浓度下Col-0幼苗的均重与hgo-1差异不显著（p＞0.05）。当酪氨酸浓度为1.0 mmol／L时，Col-0幼苗的均重与hgo-1差异极显著（p＜0.01），说明hgo-1幼苗对于该浓度酪氨酸的抑制作用反应较野生型更敏感。

图2 不同浓度酪氨酸的拟南芥幼苗生长情况Fig.2 Seed ling grow th under differen tconcentration levels of tyrosine

3 讨论

本研究发现，酪氨酸及酪氨酸降解途径中HGO基因突变均对拟南芥幼苗的生长有影响。当培养基中无酪氨酸时，突变体hgo-1幼苗均重略高于野生型Col-0幼苗均重，这可能是由于酪氨酸降解途径中HGO基因突变后阻碍酪氨酸降解，积累的酪氨酸促进了hgo-1幼苗的生长；当培养基中酪氨酸浓度较低（0.01 mmol／L）时，Col-0和hgo-1幼苗均重都高于自身对照，表明外源酪氨酸可以促进拟南芥幼苗的生长；但当培养基中酪氨酸浓度较高（0.1～ 1.0 mmol／L）时，Col-0和hgo-1幼苗均重都低于自身对照，且hgo-1幼苗的均重都低于相同酪氨酸浓度下Col-0幼苗的均重，表明拟南芥酪氨酸降解途径中HGO基因突变积累的酪氨酸与外源酪氨酸共同抑制了hgo-1幼苗的生长。这些结果说明，酪氨酸对拟南芥幼苗的生长有“低浓度促进，高浓度抑制”的作用。关于酪氨酸及酪氨酸降解途径影响拟南芥幼苗生长的机制还有待进一步探讨。

［1］ 欧阳青，蔡文启.天然维生素E的生物合成途径［J］.植物生理学通讯，2003，39（5）：501-507.

［2］ 李 殷.植物维生素E生物合成途径及调控［D］.上海：复旦大学博士学位论文，2009.

［3］ 韩成云.拟南芥SDL1基因的分离和功能分析［D］.长沙：湖南农业大学博士学位论文，2012.

［4］ Dixon DP，Edwards R.Enzymes of tyrosine catabolism in Arabidopsis thaliana［J］.Plant Science，2006，171：360 -366.

［5］ Han CY，Ren CM，Zhi TT，etal.Disruption of fumarylacetoacetate hydrolase causes spontaneous cell death under short-day condition in Arabidopsis［J］.Plant Physiology，2013，162（4）：1956-1964.

［6］ 袁利兵，张 琨，彭志红，等.拟南芥psc1突变体降低蔗糖诱导的花青素积累［J］.湖南农业大学学报：自然科学版，2011，37（2）：139-142.

［7］ 支添添，周 舟，韩成云，等.台盼蓝染色鉴定拟南芥sdl1突变体的细胞死亡［J］.作物研究，2013，27（3）：217-218.

Effect of Tyrosine and Its HGO Gene Mutation in Biodegradation Pathway on G row th of Arabidopsis Seed lings

CHEN Yan-cheng1，QIANWei-chao1，PENG Zhi-hong1，REN Chun-mei1，2*

（1 College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；
2 Crop Gene Engineering Key Laboratory of Hunan Province，Changsha，Hunan 410128，China）

The effects of tyrosine and its HGO genemutation in biodegradation pathway on growth of Arabidopsis seedlings were analyzed with wild type Col-0 and mutant hgo-1 asmaterials and with MSas basicmedium.The results showed that HGO genemutation in biodegradation pathway could promote the growth of Arabidopsis seedlings.The growth of Arabidopsis seedlings of Col-0 and hgo-1 grown on MSmedium with 0.01mmol／L tyrosine was higher than that of control，while the growth of seedlings grown on MSmedium with 0.1 or 0.5 or 1.0 mmol／L tyrosine was lower than of control.It was proposed that low concentration of tyrosine promoted Arabidopsis seedling growth while high concentration of tyrosine inhibited seed ling growth.

Tyrosine；Arabidopsis；HGO gene

Q946

A

1001-5280（2014）03-0251-03 DOI：10.3969／j.issn.1001-5280.2014.03.05

2013 10 17

陈彦成（1989-），男，湖南长沙人，硕士研究生。*通信作者：任春梅，博士，教授，Email：rencm66＠163.com。

国家自然科学基金项目（30671121）；湖南省自然科学基金项目（12JJ2021）；湖南省研究生科研创新项目（CX2013B301）。