AtABCG14调控拟南芥抗旱反应的作用机理研究

发布时间：2020-05-05 06:55

【摘要】：干旱(Drought)是常见的非生物胁迫之一,会影响植物生长发育并降低作物产量。植物在适应干旱过程中逐渐形成了完善的抗旱反应机制,使它们能够快速感知环境信号,并做出生理生化反应。植物激素是细胞内的信号分子,在应对非生物胁迫的保护反应中发挥了重要作用。其中,植物体内产生的细胞分裂素(Cytokinin,CK)是参与应激反应的关键信号分子之一。据报道,植物生理缺水状态下,细胞分裂素能够参与调控气孔运动、减弱蒸腾作用、提高植物的耐旱性,而在这些过程中反式玉米素(trans-Zeatin,tZ)发挥了主要功能。tZ类细胞分裂素主要在根部合成并进行长距离运输,在靶细胞中发挥功能。AtABCG14是tZ运输的关键因子,它的缺失会影响tZ的向顶运输,造成突变体形态发生变化。tZ信号是干旱胁迫的初级反应,它是如何调整植物体内应激和发育基因转录水平、调控气孔运动仍是目前亟待解决的重要问题。为进一步研究AtABCG14向顶运输的细胞分裂素在抗旱反应中的作用机理,我们结合了遗传学、细胞学、激素代谢分析和转录组分析等实验手段进行研究,初步阐明了AtABCG14在抗旱反应中的分子机理。具体研究结果如下:(1)干旱胁迫下,AtABCG14的表达和tZ类CK含量下降。GUS组织染色结果和qRT-PCR结果显示,拟南芥幼苗经甘露醇或脱落酸处理后,AtABCG14的表达量在植株中整体大幅降低;且由激素代谢分析可知,甘露醇或脱落酸处理后幼苗中大部分的细胞分裂素含量也降低。(2)atabcg14突变体气孔孔径变小从而导致其蒸腾作用减弱。通过抗旱表型分析及热成像图分析,atabcg14突变体与野生型相比蒸腾强度减弱,水分散失少,耐旱能力更强;而显微镜下观察到突变体的气孔密度不变但气孔孔径变小,说明AtABCG14参与调控气孔运动,提高了植物的保水能力。(3)tZ类细胞分裂素能够回补atabcg14表型,恢复气孔大小。较低浓度的tZ类细胞分裂素处理atabcg14突变体,能够调节气孔运动,部分恢复突变体气孔大小及蒸腾作用,说明AtABCG14运输的tZ类细胞分裂素是介导气孔运动的关键因子。(4)水杨酸(Salicylic Acid,SA)参与AtABCG14介导的抗旱调控途径。LC-MS/MS检测表明,干旱胁迫处理后野生型拟南芥中tZ类细胞分裂素和SA的含量分别下降和上升,而在atabcg14突变体中tZ类细胞分裂素和SA激素含量没有显著变化;其他激素的变化规律在野生型和突变体中相同,表明tZ类细胞分裂素和SA都参与了AtABCG14介导的抗旱反应。(5)atabcg14突变体中CK和SA信号共同调控活性氧(ROS)积累。二氯荧光素染色分析和qRT-PCR分析显示,atabcg14突变体中CK响应基因A型ARRs、SA合成基因ICS1、ICS2及ROS合成相关基因PRX33、PRX34表达量均下降,保卫细胞中活性氧含量比野生型低,说明AtABCG14介导的抗旱调控途径中CK信号和SA信号通过降低活性氧水平,调控气孔关闭。以上实验结果表明,在干旱条件下AtABCG14介导细胞分裂素运输调控拟南芥抗旱反应的过程。其中地上组织tZ类细胞分裂含量降低,响应基因A型ARRs的表达下调,同时SA的合成也降低并减弱SA信号传递,导致活性氧含量减低,抑制气孔的张开,降低蒸腾作用,提高植物抗旱性。
【图文】：

蛋白,接受区域,正调节,信号转导途径

图 1.1 AtABCG14 的表达模式[20]Figure 1.1 Gene expression pattern of AtABCG14[20][的信号转导途径元信号系统（two-component signaling systems，T膜上的受体蛋白 AHK2，AHK3 和 AHK4 相结合，活性，，使其发生自体磷酸化[22]；之后，保守区域 H接受区域（receiver domain）的 Asp 残基；此磷酸HPs 蛋白；磷酸化的 AHPs 蛋白能够被转运到细胞递给 CK 响应调节因子 A 型或 B 型 ARRs 蛋白受活 B 型 ARRs 基因的表达；B 型 ARRs 被激活后，物生长发育基因的转录表达，从而达到调控植物Rs 是细胞分裂素响应的正调节因子，而 A 型 ARR

信号通路,气孔关闭

第一章文献综述的敏感性受CK信号影响，ABA下游转录因子AREB1，ANAC和DR 受体蛋白基因 AHK1 的上调[31]；ABA 信号分子 ABI4 能抑制 ARR5 ABI4 通过下调 PIN1 基因的表达，影响生长素的极性运输[32]，因此、CK 和生长素信号途径上的一个重要连接点。胞分裂素与水杨酸的相互作用酸（Salicylic acid，SA）是重要的信号分子，参与植物抗低温[33]、疫[35]、衰老[36]等生理活动。CK 在 SA 的生物合成过程中不可或缺，调控氧化状态的响应[37, 38]，促使气孔关闭（图 1.2）以应对免疫反应迫[31]。
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945

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