拟南芥一碳代谢网络对甲醛脱毒作用的机理研究

甲醛对所有生物都有毒性,很多研究说明植物可以吸收和代谢甲醛，但还不清楚甲醛在植物体内的代谢途径，H14CHO标记试验说明甲醛在植物中的 脱毒可能通过C1代谢进行。本项目以拟南芥为材料，用H13CHO处理后通过13C NMR对其代谢谱进行分析推测甲醛经过C1代谢网络脱毒的途径；同时 结合检测这些途径关键酶基因表达水平及酶活性，评价这些代谢途径在甲醛脱毒过程中的作用；选用关键酶突变体做材料，用H13CHO处理后使用 13C NMR分析甲醛代谢中间产物含量的变化，考察各代谢途径对甲醛脱毒的贡献能力；在转基因植物中过量表达甲醛代谢关键酶，考察转基因植物 代谢甲醛能力的变化；最终阐明拟南芥C1代谢网络在甲醛脱毒中的作用机理。甲醛作为重要C1代谢中间产物，其代谢机理的揭示将是植物一碳代谢 研究的重要突破，并促进甲醛上下游产物如甲醇、甲酸代谢研究。甲醛代谢关键酶可应用于开展甲醛污染的植物修复基

很多研究表明植物可以吸收甲醛，H14CHO标记试验说明植物吸收的甲醛可通过C1代谢或卡尔文循环的同化作用脱毒，但至今还不清楚甲醛在植物体内具体的代谢途径。本项目用H13CHO处理拟南芥后通过13C-NMR对其代谢谱进行分析，结果发现H13CHO经过C1代谢网络产生[3-13C]Ser，通过卡尔文循环的同化作用产生[U-13C]Gluc。利用线粒体渗透性孔道抑制剂和SHMT及FDH突变体的试验结果说明：C1代谢和卡尔文循环在拟南芥甲醛代谢过程中能同时而又独立地起作用。根据13C-NMR分析结果总结出H13CHO在拟南芥中的具体代谢路径，通过对甲醛胁迫下C1代谢关键酶基因表达谱的分析提出拟南芥甲醛代谢的转录调控机理。在转基因矮牵牛和烟草中过量表达拟南芥的SHMT及FDH可以提高转基因植物同化和吸收甲醛的能力，说明拟南芥甲醛代谢关键酶可应用于开展甲醛污染的植物修复基因工程。通过详细考察13CH3OH在拟南芥中的代谢路径证实13CH3OH在拟南芥中被氧化为H13CHO后也通过C1代谢和卡尔文循环同化。