铝胁迫对两种水杨酸拟南芥突变体nahG与nprl-1生理生化和转录组的影响

发布时间：2018-03-11 19:22

本文选题：拟南芥　切入点：铝胁迫　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：酸性土壤中的Al3+对植物根系生长具有重要影响。Al3+对植物最主要的危害作用表现在对根伸长的抑制作用。在铝胁迫条件下,植物根尖能向外界环境分泌苹果酸、柠檬酸、草酸等有机酸,缓解铝毒害。铝还能诱导产生大量的活性氧从而引起植物根系膜质过氧化作用,植物体内存在抗氧化系统酶和非酶类氧化系统能够清除氧自由基,缓解铝诱导的膜质过氧化。近几年,水杨酸(SA)缓解植物胁迫的相关研究越来越多,但有关SA对模式植物拟南芥铝毒害的影响未见报道。本研究以水杨酸拟南芥突变体nahG(内源水杨酸低于野生型)和npr1-1(内源水杨酸高于野生型)为材料,探究分析铝胁迫对两种水杨酸拟南芥突变体生理生化和基因表达的影响,旨在揭示SA缓解拟南芥铝毒害的分子机理。主要研究结果如下:1.用不同浓度的AlCl3处理拟南芥的结果显示,300μmol/L铝处理显著抑制野生型(col型),nahG和npr1-1型根伸长,抑制率大小分别为nahGcolnpr1-1。用不同浓度的SA处理铝胁迫下nahG,结果显示,低浓度SA(20、50、80与100μmol/L)对300μmol/L铝胁迫下nahG根伸长抑制具有缓解作用,浓度高于100 μmol/L加剧了根伸长抑制,100μmol/LSA对nahG根伸长抑制的缓解作用最为显著。用不同浓度PAC(多效唑,SA合成抑制剂)处理npr1-1时,PAC的浓度升高会加剧铝胁迫对根伸长抑制,50μmol/LPAC处理时,对根伸长抑制作用最显著。野生型和突变体拟南芥的铝耐受性与内源SA含量有关,SA对铝胁迫诱导的拟南芥根伸长抑制具有缓解作用。2.用300μmol/L Al处理野生型col,nahG和npr1-1型拟南芥24h后,野生型和突变体中的有机酸(苹果酸与柠檬酸)分泌量显著增加,过氧化氢(H2O2)与丙二醛(MDA)含量提高,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)与过氧化氢酶(CAT)活性上升;用外源100μmol/L SA处理300μmol/L铝胁迫的nahG后,根尖柠檬酸分泌与单独铝处理相比显著增加,SOD与POD活性进一步上升。用50μmol/LPAC处理铝胁迫npr1-1后,有机酸分泌受到抑制,H2O2、MDA与CAT含量增加,SOD与POD活性却降低。SA可能通过增加有机酸的分泌量和上调抗氧化系统酶(SOD与POD)活性的缓解铝毒害。3.30μmol/L铝胁迫下两种拟南芥突变体ALMT1(苹果酸分泌蛋白编码基因)与M4TE(柠檬酸分泌蛋白编码基因)基因的表达增加,外源100μmol/LSA处理下,铝胁迫下nahG的ALMT1与MATE基因的表达进一步增加;PAC抑制铝胁迫下npr1-1中ALMT1与MATE的表达,暗示SA诱导拟南芥铝胁迫下有机酸分泌,可能与其促进ALMT1与MATE的表达有关。铝处理后nahG中14-3-3和HA5(质膜H+-ATPase编码基因)表达无明显增加,外源SA处理后14-3-3与HA5表达也不明显变化;铝处理下npr1-1中14-3-3编码基因GF14mu、GF14phi chain、GF14chi与HA5的表达显著增加,PAC处理后抑制它们的表达。免疫共沉淀结果表明,外源SA显著增加铝胁迫下nahG中14-3-3蛋白与质膜H+-ATPase互作水平、质膜H+-ATPase活性与H+泵活性。npr1-1中,Al胁迫诱导14-3-3蛋白与质膜H+-ATPase互作水平、质膜H+-ATPase活性与H+泵活性,PAC处理后,上述蛋白的互作和活性降低,SA还可能通过提高14-3-3蛋白与质膜H+-ATPase的蛋白互作,提高H+泵活性,增加有机酸分泌。4.转录组测序比较分析表明,铝胁迫下nahG中,有357个基因下调,118个基因上调表达;npr1-1中,有911个基因上调,4320个基因下调表达,Al3+会降低nahG中6-磷酸葡萄糖脱氢酶基因与6-磷酸葡糖酸脱氢酶基因的表达,降低GSSG/GSH循环对活性氧的清除作用,加剧nahG的氧化胁迫;npr1-1中,谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽水解酶(GGT)相关基因上调,促进GSH对活性氧的清除作用。除调控经典抗氧化系统酶外,SA还可能通过调控非酶系统缓解铝毒害。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q945.78

【参考文献】