拟南芥AtArgAH1、AtArgAH2基因与植物耐盐性关系的探讨

发布时间：2020-06-05 22:42

【摘要】：盐碱土壤严重制约植物的生长、发育以及生物产量,也是影响生态环境和农业生产的主要因素,因此,研究探讨盐胁迫下植物的分子应答机制是生物学研究的重要课题,具有重要的意义。本课题组在研究氮素代谢与植物盐胁迫间关系的前期实验表明,在种子萌发期时,脲酶的缺失突变体(aturease)、过表达谷氨酰胺合成酶(AtGS1.1)基因都能够提高植物对盐胁迫的耐受性,且与野生型拟南芥(WT)相比体内NH4+含量明显减少,相关结果暗示了氮素代谢(尤其是尿素代谢)与植物的耐盐性密切相关。精氨酸酶(Arginase)作为尿素代谢途径中水解精氨酸产生尿素的关键酶,本研究对拟南芥精氨酸酶(AtArgAH1和AtArgAH2)基因与植物耐盐性之间的关系做了进一步的解析。具体研究结果如下:首先,本研究对AtArgAH1和AtrgAH2基因的表达特性做了系统解析。通过组织特异性表达分析发现,拟南芥在成熟期时,AtArgAH1在根中表达量最高,而AtArgAH2在果荚中表达量最高。同时通过非生物胁迫处理发现AtArgAH1与AtArgAH2表达具有一定的差异,在NaCl盐处理下AtArgAH1和AtArgAH2在子叶和根部的表达趋势一致,但AtArgAH2表达量高于AtArgAH1。在不同浓度NH4Cl胁迫下AtArgAH1及AtArgAH2在子叶中分别呈上调表达及下调表达。在不同浓度Urea胁迫下AtArgAH1在子叶中呈上调表达,根中呈下调表达;而AtArgAH2表达则相反。在不同浓度Arginine胁迫下,AtArgAH1/表达量高于AtArgAH2。为了解精氨酸酶基因的功能,对其突变体在不同处理条件下的表型进行了解析。通过在不同形态氮素处理下WT、argah1和argah2长势和含量分析发现,Arginine作为唯一氮源时,argah1的生长势与WT和argah2相比明显受到抑制,且体内NH4+含量明显低于WT和argah2;而在Urea作为唯一氮源时,argah2的生长势与WT和argah1相比明显受到抑制,且体内NH4+含量明显低于WT和argah1。以上结果暗示:argah1不能利用外源Arginine作为唯一氮源,而argah2不能利用外源Urea作为唯一 N源。通过在盐胁迫下添加精氨酸酶活抑制剂来阻断精氨酸酶的活性,随着添加抑制剂浓度的升高能明显提高WT在盐胁迫下种子的萌发,并能显著性降低WT体内NH4+的含量。同时在高盐处理下,argah/和argah2的生长势要优于WT,子叶和根部的尿素、NH4+含量明显低于WT。通过在盐胁迫下探究精氨酸酶作用时间发现,在低温处48h之前,随着处理时间的延长,两个精氨酸酶缺失突变在长势和根长上明显优于WT;而在春化48h后进行正常光照培养发现,随着光照培养时间的延长,WT、argah1和argah2在长势和根长上无明显差异。argah1和argah2对精氨酸代谢相关酶(精氨酸脱羧酶:ADC和一氧化氮合酶:NOS)基因表达影响的研究发现,正常条件下argah1和argah2体内ADC1、ADC2和NOS酶活性并不相同。在盐胁迫下,argah1和argah2体内ADC1、ADC2和NOS表达量与正常条件相比显著升高。这些结果暗示在盐胁迫下ADC和NOS也参与其应答。以上结果表明,拟南芥两个精氨酸酶基因(AtArgAH1和AtArgAH2)表达与盐胁迫及不同形态氮素(Arginine和Urea)存在一定的应答关系,argah1和argah2突变体在不同处理条件下表型分析的结果也进一步暗示氮素代谢(尤其是尿素代谢)与植物的耐盐性存在密切关联,为进一步探究植物种子萌发期耐盐分子机制奠定理论基础。
【图文】：

Ｘｌｅｊ＞ａｇａｍｅｔｏｐｈｙｔｃｒ逡逑Ｓｔｏｒａｇｅ邋Ｐｒｏｔｅｉｎｓ逡逑图１－２尿素生成和水解过程逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｕｒｅａ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ逡逑１．２．２精氨酸代谢逡逑精氨酸在植物中起着多种作用，，不仅作为蛋白质的结构单元，还是氮代谢中的关键逡逑代之一。在２１种组成蛋白质的氨基酸中，精氨酸具有最高的碳氮比，是一种半必需氨逡逑基酸。经研究发现，不同物种种子中的精氨酸占总氮含量的４０％—５０％［７３］，使得它是植逡逑物地下储藏器官、树木和其他植物根部有机氮的主要储存和运输形式。在精氨酸相关研逡逑－４邋－逡逑

－逦Ｊ逡逑图１－１植物体内氮素代谢循环路径［７Ｉ］逡逑［７１］逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋ｃｙｃｌｅ邋ｉｎ邋ｐｌａｎｔｓ逡逑１．２．１尿素代谢循环逡逑尿素循环又叫鸟氨酸循环［７２］，是氨的去路之一。体内尿素的形成是由两分子ｎｈ３逡逑和一分子ｃｏ２结合成一分子尿素及一分子ｈ２ｏ。尿素的合成并不是一步形成，是精氨酸逡逑被精氨酸酶分解生成尿素和鸟氨酸，而鸟氨酸与Ｃ0２和氨作用合成瓜氨酸，瓜氨酸再与逡逑氨作用合成精氨酸，使整个过程形成一个循环。尿素的２个氨，一个来源于谷氨酸的氧逡逑化脱氨，一个来源于草酰乙酸结合其他氨基酸转氨基作用形成的天冬氨酸。在哺乳动物逡逑中尿素的循环的意义在于以尿素的形态将氨毒消除，并消耗体内不需要的ｃｏ２，但在植逡逑物体内并没有这种氮排泄机制。植物体内尿素在脲酶水解下生成氨和ｃｏ２，氨在谷氨酰逡逑胺合成酶作用下同谷氨酸生成谷氨酰胺
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q945.78

【参考文献】

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本文编号：2698726