基于转录组分析揭示一氧化氮调控紫花苜蓿响应干旱胁迫的机理
发布时间：2022-01-05 04:40
紫花苜蓿（Medicago sativa L.）目前是世界上栽培最广泛的多年生豆科牧草,因其丰富的营养价值在草地畜牧业扮演重要作用。干旱胁迫作为最主要的非生物胁迫因子之一,严重制约了苜蓿的种子萌发和幼苗生长。因此,研究干旱胁迫对紫花苜蓿的影响及其适应干旱的机制、及寻找提高紫花苜蓿抗旱的方法对克服干旱地区苜蓿栽培的制约具有重要意义。一氧化氮（Nitric oxide,NO）是一种可通过细胞膜扩散的气体信号分子,通过信号转导能够调控植物生长发育及逆境响应等多个生物学过程。目前,有关NO缓解逆境胁迫的研究主要集中在盐胁迫上,研究的物种也以拟南芥（Arabidopsis thaliana）、玉米（Zea mays L.）、番茄（Solanum lycopersicum）、小麦（Triticum aestivum L.）和燕麦（Avena sativa L）为主,而NO在牧草上的应用尤其是紫花苜蓿上的报道较少。与此同时,当今关于NO调控苜蓿抗逆性的研究尚处在生理生化水平,而NO对紫花苜蓿抗旱调控的分子机理尚未见报道。本文采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫条件,硝普钠（SNP）为外源NO...
【文章来源】：甘肃农业大学甘肃省
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内活性氧产生及清除途径（引自：BakerandOrlandi2002）
基于转组分析揭示一氧化氮调控紫花苜蓿响应干旱胁迫的机理5调控胁迫响应的作用。脱落酸（ABA）是对胁迫响应最敏感的激素，其生理功能是调节气孔关闭、促进根系吸水、降低细胞膨压、抑制生长。李源等[35]、韩瑞宏等[36]对干旱处理下紫花苜蓿中激素含量进行测定，结果发现ABA和生长素（IAA）含量均呈提高趋势，赤霉素（GA3）和玉米素核苷（ZR）含量有所减少，且不同抗性品种差异显著。在植物的生长发育过程中，激素之间有着相互拮抗和协同的作用。如IAA与ABA在调控气孔导度上相互拮抗，细胞分裂素（CTK）与ABA在调节水分亏缺上相互拮抗。CTK与IAA在组织分化上相互协同，当CTK/IAA水平高时有利于叶和芽的分化，当CTK/IAA水平低时主导根的建成。随着干旱程度加剧，ZR/ABA比值呈下降趋势且抗旱性越强的品种ZR/ABA值越低，说明激素间的拮抗作用有利于气孔关闭和根系伸长[35]。重度干旱胁迫下ABA/（IAA+GA3+ZR）的值显著升高，说明4种内源激素之间的协调产生抑制生长的效应以免缺水伤害。李跃等[37]发现干旱促进紫花苜蓿根中的ABA含量增加，使得根冠比增加，且气孔导度与ABA含量指数相关。此外，ABA水平升高促进主根内营养储藏蛋白（VSP）含量和VSP基因表达水平升高，说明在干物质分配方面起作用[38]。缺失条件下激素间的相互作用机制如图1-2所示：1.2.4.4分子调控当植物处于干旱环境时，抗旱基因会被诱导表达，促进抗氧化物质的合成缓解伤害。图1-2激素调节水分胁迫下气孔关闭和开放的相互作用（引自Daszkowska-GolecandSzarejko2013）Figure.1-2Hormonalcross-talkinregulationstomatalclosureandopeningduringstress(AdaptedfromDaszkowska-GolecandSzarejko2013)
基于转组分析揭示一氧化氮调控紫花苜蓿响应干旱胁迫的机理72一氧化氮在植物中的研究2.1植物体内NO的生物合成一氧化氮最早是在哺乳动物体内发现的气态氧化还原生物活性分子，主要通过依赖于精氨酸的一氧化氮合酶合成，具有内皮NO合酶（eNOS）、神经NO合酶（nNOS）及诱导型NO合酶（iNOS）三种构型[53]。Durner等[54]和Delledonne等[55]在植物体内发现NO起到逆境防御作用，此后NO在植物中的功能研究相继开展。一氧化氮在植物内通过氧化和还原两种途径产生（图1-3），这取决于细胞内活性氧含量和pH。2.1.1氧化途径Guo等在2003年首次在拟南芥体内找到了类似哺乳动物的一氧化氮合酶（NOS），命名为AtNOS1[56]。在叶绿体[57]、叶片过氧化物酶体[58]中也能检测出NOS活性，它们均能够以精氨酸为底物，NAD(P)H为电子供体或需要Ca2+、钙调素催化NO的产生。小部分精氨酸的氧化也可能发生在线粒体机制和膜间隙间[59]。在拟南芥中转入小鼠神经元NO合成酶（nNOS）植物表现出较高的渗透压和抗氧化酶活性，CBF基因和锌指基因家族成员等调节应激反应后期转录的基因被nNOS所改变[60]。许多研究表明，在拟南芥与烟草中已证实在亚硝化过程中NOS活性作为活性氮中间体与植物免疫功能相关[61]，然而，目前还没有图1-3植物内NO的来源与产生（引自：Sami等2018）Figure.1-3NOsynthesisroutesinplants（AdaptedformSamietal.2018）
【参考文献】：
期刊论文
[1]干旱及盐胁迫对黄芩种子萌发和黄酮合成关键酶活性的影响[J]. 管仁伟,林慧彬,林建强. 中药材. 2020(01)
[2]不同浓度PEG胁迫对甘草幼苗光合特性的影响[J]. 项雯慧,张林平,王洋,刘艳. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]不同灌溉处理下紫花苜蓿光合特性、叶绿素荧光参数及生物量的变化[J]. 刘军,齐广平,康燕霞,马彦麟,银敏华,李晓敏,栗志. 草地学报. 2019(06)
[4]基于苗期叶片形态及光合特性的苜蓿种质资源抗旱性综合评价[J]. 常巍,李雪,周燕飞,张则宇,高雪芹,伏兵哲. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(05)
[5]外源一氧化氮对铬胁迫下娃娃菜种子萌发及幼苗生理特性的影响[J]. 闫志强,陈银萍,余沛东,师小平,颉海帆,丁浚刚. 西南农业学报. 2019(09)
[6]干旱和盐胁迫对14个紫花苜蓿品种种子萌发特性的影响[J]. 郭湘,郭一帆,黄思怡,蒲棋,杨康,彭燕. 草业科学. 2019(09)
[7]紫花苜蓿MsERF003的基因克隆及其在干旱胁迫中的功能分析[J]. 坚伟宁,左朋,张国珍,范杰英,邢少辰,郑梅竹,韦正乙. 分子植物育种. 2020(17)
[8]干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗非结构性碳水化合物代谢对NO的响应[J]. 马文静,魏小红,宿梅飞,骆巧娟,赵颖. 生态学报. 2019(21)
[9]莱茵衣藻叶绿体型磷酸甘油醛脱氢酶过表达对其储能物质生产的影响[J]. 朱振,曹旭鹏,苑广泽,刘娇,薛松,田晶. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(09)
[10]外源一氧化氮对低温下黄瓜幼苗光系统Ⅱ原初光化学反应及光合机构活性的影响[J]. 吴佩,崔金霞,杨志峰,张文博. 植物生理学报. 2019(06)
博士论文
[1]不同抗旱性紫花苜蓿响应干旱的生理及分子机制研究[D]. 张翠梅.甘肃农业大学 2019
[2]外源5-氨基乙酰丙酸对干旱胁迫下草地早熟禾光合作用的调控机制[D]. 牛奎举.甘肃农业大学 2018
[3]干旱胁迫下植物生长调节剂对羊草生长及生理特性的影响与转录组分析[D]. 宋吉轩.西南大学 2017
[4]紫花苜蓿对干旱的响应：形态、生理以及miRNA组学研究[D]. 李跃.中国农业科学院 2017
[5]盐胁迫下番茄幼苗对外源水杨酸、一氧化氮应答的光合生理研究[D]. 孙德智.沈阳农业大学 2016
[6]硫化氢参与一氧化氮诱导的增强玉米根尖细胞水涝耐受性的研究[D]. 彭仁义.兰州大学 2016
[7]棉花叶片衰老过程中一氧化氮的作用机理及衰老相关基因研究[D]. 黄娟.西北农林科技大学 2015
[8]一氧化氮处理诱导采后香蕉果实耐冷性机理的研究[D]. 王延圣.浙江大学 2015
[9]水分胁迫下外源NO对苜蓿种子萌发和幼苗抗旱生理的影响[D]. 蔡卓山.甘肃农业大学 2013
[10]不同氮素和水分供应下紫花苜蓿碳同化和C/N响应机制研究[D]. 何树斌.兰州大学 2012
硕士论文
[1]外源NO对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗苯丙烷类代谢及miRNA调控的影响[D]. 马文静.甘肃农业大学 2019
[2]一氧化氮和过氧化氢对铝诱导的水稻根尖细胞壁木质化的调节作用[D]. 刘庆.浙江师范大学 2019
[3]外源Spd和NO对盐胁迫下玉竹渗透调节及脯氨酸代谢的影响[D]. 李丹阳.东北农业大学 2018
[4]外源NO对紫花苜蓿抗旱性及主要含氮物质合成代谢的影响[D]. 辛夏青.甘肃农业大学 2018
[5]变水条件下苜蓿类胡萝卜素代谢特征及其生理机制[D]. 李敏.西北农林科技大学 2018
[6]紫花苜蓿与黄花苜蓿抗旱转录组学研究[D]. 刘佳月.中国农业科学院 2018
[7]铝胁迫下NO对大豆根系柠檬酸分泌的调控机制[D]. 侯俊杰.河南师范大学 2018
[8]紫花苜蓿细胞分裂素氧化酶基因（MsCKX）的克隆及初步功能分析[D]. 沙亚·海拉提.西北农林科技大学 2018
[9]低温胁迫紫花苜蓿生理生化特性和解剖结构的研究[D]. 冉卓.沈阳农业大学 2017
[10]外源NO对铜镉胁迫下番茄缓解机制的研究[D]. 王逸筠.山东农业大学 2016
本文编号：3569745
【文章来源】：甘肃农业大学甘肃省
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内活性氧产生及清除途径（引自：BakerandOrlandi2002）
基于转组分析揭示一氧化氮调控紫花苜蓿响应干旱胁迫的机理5调控胁迫响应的作用。脱落酸（ABA）是对胁迫响应最敏感的激素，其生理功能是调节气孔关闭、促进根系吸水、降低细胞膨压、抑制生长。李源等[35]、韩瑞宏等[36]对干旱处理下紫花苜蓿中激素含量进行测定，结果发现ABA和生长素（IAA）含量均呈提高趋势，赤霉素（GA3）和玉米素核苷（ZR）含量有所减少，且不同抗性品种差异显著。在植物的生长发育过程中，激素之间有着相互拮抗和协同的作用。如IAA与ABA在调控气孔导度上相互拮抗，细胞分裂素（CTK）与ABA在调节水分亏缺上相互拮抗。CTK与IAA在组织分化上相互协同，当CTK/IAA水平高时有利于叶和芽的分化，当CTK/IAA水平低时主导根的建成。随着干旱程度加剧，ZR/ABA比值呈下降趋势且抗旱性越强的品种ZR/ABA值越低，说明激素间的拮抗作用有利于气孔关闭和根系伸长[35]。重度干旱胁迫下ABA/（IAA+GA3+ZR）的值显著升高，说明4种内源激素之间的协调产生抑制生长的效应以免缺水伤害。李跃等[37]发现干旱促进紫花苜蓿根中的ABA含量增加，使得根冠比增加，且气孔导度与ABA含量指数相关。此外，ABA水平升高促进主根内营养储藏蛋白（VSP）含量和VSP基因表达水平升高，说明在干物质分配方面起作用[38]。缺失条件下激素间的相互作用机制如图1-2所示：1.2.4.4分子调控当植物处于干旱环境时，抗旱基因会被诱导表达，促进抗氧化物质的合成缓解伤害。图1-2激素调节水分胁迫下气孔关闭和开放的相互作用（引自Daszkowska-GolecandSzarejko2013）Figure.1-2Hormonalcross-talkinregulationstomatalclosureandopeningduringstress(AdaptedfromDaszkowska-GolecandSzarejko2013)
基于转组分析揭示一氧化氮调控紫花苜蓿响应干旱胁迫的机理72一氧化氮在植物中的研究2.1植物体内NO的生物合成一氧化氮最早是在哺乳动物体内发现的气态氧化还原生物活性分子，主要通过依赖于精氨酸的一氧化氮合酶合成，具有内皮NO合酶（eNOS）、神经NO合酶（nNOS）及诱导型NO合酶（iNOS）三种构型[53]。Durner等[54]和Delledonne等[55]在植物体内发现NO起到逆境防御作用，此后NO在植物中的功能研究相继开展。一氧化氮在植物内通过氧化和还原两种途径产生（图1-3），这取决于细胞内活性氧含量和pH。2.1.1氧化途径Guo等在2003年首次在拟南芥体内找到了类似哺乳动物的一氧化氮合酶（NOS），命名为AtNOS1[56]。在叶绿体[57]、叶片过氧化物酶体[58]中也能检测出NOS活性，它们均能够以精氨酸为底物，NAD(P)H为电子供体或需要Ca2+、钙调素催化NO的产生。小部分精氨酸的氧化也可能发生在线粒体机制和膜间隙间[59]。在拟南芥中转入小鼠神经元NO合成酶（nNOS）植物表现出较高的渗透压和抗氧化酶活性，CBF基因和锌指基因家族成员等调节应激反应后期转录的基因被nNOS所改变[60]。许多研究表明，在拟南芥与烟草中已证实在亚硝化过程中NOS活性作为活性氮中间体与植物免疫功能相关[61]，然而，目前还没有图1-3植物内NO的来源与产生（引自：Sami等2018）Figure.1-3NOsynthesisroutesinplants（AdaptedformSamietal.2018）
【参考文献】：
期刊论文
[1]干旱及盐胁迫对黄芩种子萌发和黄酮合成关键酶活性的影响[J]. 管仁伟,林慧彬,林建强. 中药材. 2020(01)
[2]不同浓度PEG胁迫对甘草幼苗光合特性的影响[J]. 项雯慧,张林平,王洋,刘艳. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]不同灌溉处理下紫花苜蓿光合特性、叶绿素荧光参数及生物量的变化[J]. 刘军,齐广平,康燕霞,马彦麟,银敏华,李晓敏,栗志. 草地学报. 2019(06)
[4]基于苗期叶片形态及光合特性的苜蓿种质资源抗旱性综合评价[J]. 常巍,李雪,周燕飞,张则宇,高雪芹,伏兵哲. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(05)
[5]外源一氧化氮对铬胁迫下娃娃菜种子萌发及幼苗生理特性的影响[J]. 闫志强,陈银萍,余沛东,师小平,颉海帆,丁浚刚. 西南农业学报. 2019(09)
[6]干旱和盐胁迫对14个紫花苜蓿品种种子萌发特性的影响[J]. 郭湘,郭一帆,黄思怡,蒲棋,杨康,彭燕. 草业科学. 2019(09)
[7]紫花苜蓿MsERF003的基因克隆及其在干旱胁迫中的功能分析[J]. 坚伟宁,左朋,张国珍,范杰英,邢少辰,郑梅竹,韦正乙. 分子植物育种. 2020(17)
[8]干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗非结构性碳水化合物代谢对NO的响应[J]. 马文静,魏小红,宿梅飞,骆巧娟,赵颖. 生态学报. 2019(21)
[9]莱茵衣藻叶绿体型磷酸甘油醛脱氢酶过表达对其储能物质生产的影响[J]. 朱振,曹旭鹏,苑广泽,刘娇,薛松,田晶. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(09)
[10]外源一氧化氮对低温下黄瓜幼苗光系统Ⅱ原初光化学反应及光合机构活性的影响[J]. 吴佩,崔金霞,杨志峰,张文博. 植物生理学报. 2019(06)
博士论文
[1]不同抗旱性紫花苜蓿响应干旱的生理及分子机制研究[D]. 张翠梅.甘肃农业大学 2019
[2]外源5-氨基乙酰丙酸对干旱胁迫下草地早熟禾光合作用的调控机制[D]. 牛奎举.甘肃农业大学 2018
[3]干旱胁迫下植物生长调节剂对羊草生长及生理特性的影响与转录组分析[D]. 宋吉轩.西南大学 2017
[4]紫花苜蓿对干旱的响应：形态、生理以及miRNA组学研究[D]. 李跃.中国农业科学院 2017
[5]盐胁迫下番茄幼苗对外源水杨酸、一氧化氮应答的光合生理研究[D]. 孙德智.沈阳农业大学 2016
[6]硫化氢参与一氧化氮诱导的增强玉米根尖细胞水涝耐受性的研究[D]. 彭仁义.兰州大学 2016
[7]棉花叶片衰老过程中一氧化氮的作用机理及衰老相关基因研究[D]. 黄娟.西北农林科技大学 2015
[8]一氧化氮处理诱导采后香蕉果实耐冷性机理的研究[D]. 王延圣.浙江大学 2015
[9]水分胁迫下外源NO对苜蓿种子萌发和幼苗抗旱生理的影响[D]. 蔡卓山.甘肃农业大学 2013
[10]不同氮素和水分供应下紫花苜蓿碳同化和C/N响应机制研究[D]. 何树斌.兰州大学 2012
硕士论文
[1]外源NO对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗苯丙烷类代谢及miRNA调控的影响[D]. 马文静.甘肃农业大学 2019
[2]一氧化氮和过氧化氢对铝诱导的水稻根尖细胞壁木质化的调节作用[D]. 刘庆.浙江师范大学 2019
[3]外源Spd和NO对盐胁迫下玉竹渗透调节及脯氨酸代谢的影响[D]. 李丹阳.东北农业大学 2018
[4]外源NO对紫花苜蓿抗旱性及主要含氮物质合成代谢的影响[D]. 辛夏青.甘肃农业大学 2018
[5]变水条件下苜蓿类胡萝卜素代谢特征及其生理机制[D]. 李敏.西北农林科技大学 2018
[6]紫花苜蓿与黄花苜蓿抗旱转录组学研究[D]. 刘佳月.中国农业科学院 2018
[7]铝胁迫下NO对大豆根系柠檬酸分泌的调控机制[D]. 侯俊杰.河南师范大学 2018
[8]紫花苜蓿细胞分裂素氧化酶基因（MsCKX）的克隆及初步功能分析[D]. 沙亚·海拉提.西北农林科技大学 2018
[9]低温胁迫紫花苜蓿生理生化特性和解剖结构的研究[D]. 冉卓.沈阳农业大学 2017
[10]外源NO对铜镉胁迫下番茄缓解机制的研究[D]. 王逸筠.山东农业大学 2016
本文编号：3569745
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