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电压依赖性阴离子通道(voltage-dependent anion channel, VDAC)蛋白,是线粒体外膜含量最多的蛋白,普遍存在于真核细胞中。VDAC能够介导代谢物在线粒体和胞质之间的交换和运输,这对维持线粒体的功能和细胞能量转换是非常重要的。哺乳动物细胞中VDAC参与线粒体介导的细胞凋亡过程,是决定细胞生死存亡的重要一环。针对VDAC功能的研究主要集中在动物和酵母中,目前有关植物VDAC的研究主要集中在异型体鉴定和表达定位分析上,而有关植物VDAC功能的报道还很少。本研究利用T-DNA插入突变体对拟南芥AtVDAC1-AtVDAC4基因功能进行研究,这将为揭示植物VDAC的功能,深刻理解线粒体功能调控的分子机制提供新的科学依据。对AtVDAC1-AtVDAC4基因19个T-DNA插入突变体进行筛选和鉴定,鉴定到5个相应基因转录水平明显降低的纯合突变体,分别为vdacl-3、vdac2-4、vdac3-1、vdac3-2和vdac4-2。表型观察显示vdac2-4和vdac4-2植株矮小、发育迟缓且最终不育,vdac1-3植株结实率降低。对突变体vdac1-3发育阶段的表型进行观察和分析,结果表明AtVDAC1基因突变导致植株花瓣形态发育异常、角果短小、结实率降低。转入AtVDAC1基因的互补株系能够恢复突变体vdac1-3发育缺陷的表型,表明突变体vdac1-3的表型的确是由于AtVDAC1基因突变造成的。遗传分析结果表明AtVDAC1基因突变影响植株雌性生殖发育。利用激光共聚焦显微镜观察野生型和突变体的胚珠发育情况,结果表明AtVDAC1基因突变影响雌配子体发育。对花粉形态、活力以及花粉管的萌发和生长进行观察和分析,结果表明AtVDAC1基因突变不影响雄配子体发育。RT-PCR和GUS组织化学染色分析结果显示,AtVDAC1基因广泛表达于植株各组织和器官中,尤其在花器官中表达水平较高。融合GFP的AtVDAC1蛋白主要定位于线粒体。对线粒体能量代谢的两个重要生理指标ATP生成速率和线粒体膜电位进行测定,结果表明AtVDAC1基因突变导致线粒体膜电位降低,ATP生成速率下降。本实验室早期研究发现微管马达蛋白AtKP1定位于线粒体,由于细胞骨架及其相关蛋白能够通过与VDAC互作调控线粒体的呼吸作用,因此对AtVDAC1-AtVDAC4与动蛋白AtKP1的互作关系进行了初步分析,酵母双杂交和荧光素酶互补成像系统分析显示拟南芥4个AtVDAC异型体中只有AtVDAC3与AtKP1特异相互作用。综合上述结果,本研究通过筛选鉴定到AtVDAC1-AtVDAC4基因5个T-DNA插入突变体,观察显示突变体,vdac1-3、vdac2-4和vdac4-2植株均出现不同程度生长和发育缺陷表型,暗示AtVDAC1、AtVDAC2和AtVDAC4基因在植株生长发育过程中发挥重要作用。对突变体vdac1-3进行表型观察和生理生化实验分析,结果表明AtVDAC1参与花瓣形态发育和雌性生殖发育,并通过调控线粒体的膜电位和ATP生成速率调节胞内ATP含量。