【摘要】：高鹽、干旱等滲透脅迫嚴重影響著作物的生長發(fā)育和高產穩(wěn)產。研究表明植物磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C(phosphatidylinositol-specific phospholipase C,PI-PLC)的轉錄受非生物逆境的誘導并在響應非生物逆境脅迫中起重要的調節(jié)作用,但其發(fā)揮作用的機理尚不清楚。本研究主要探討了水稻OsPLC4在鹽、旱逆境響應過程中的作用和機制,主要結果如下:1.水稻基因組中預測含有4個PI-PLC基因,它們都具有3個保守結構域:X結構域、Y結構域和C2結構域。通過進化樹分析表明水稻4個PI-PLC與擬南芥的9個PI-PLC沒有歸入同一進化分支中,OsPLC4與其它水稻PI-PLC及其它植物PI-PLC相似性低。OsPLC4的基本生化特性分析表明原核表達的OsPLC4在體外具有水解磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)及其磷酸化衍生物而生成二酰甘油(diacylglycerol,DAG)的活性,其對底物偏好性的強弱依次為磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP_2)㧐磷脂酰肌醇-4-磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PI4P)㧐PI。OsPLC4水解PI的活性具有鈣離子依賴性,在50 mmol/L Ca~(2+)濃度條件下活性最高,最適pH值為6.5到7.5之間。OsPLC4的轉錄水平檢測結果顯示其在幼嫩植株及分蘗期植株的根、葉中轉錄水平相對較高,而高鹽、脫水、脫落酸(abscisic acid,ABA)和生長素(Indole-3-acetic acid,IAA)的處理能顯著地誘導OsPLC4在葉或根中的轉錄。高鹽與脫水也能誘導葉中OsPLC4蛋白水平的升高,而OsPLC4蛋白主要定位于內質網膜和質膜上。2.OsPLC4對植株耐鹽和抗旱具有正向調節(jié)作用,其通過脂信號和鈣信號2條途徑來調節(jié)水稻的滲透脅迫響應。OsPLC4的2個不同位點T-DNA插入突變體plc4-1、plc4-2與它們各自對應的野生型相比對鹽、旱脅迫處理都更敏感。OsPLC4回補表達轉化株系能夠緩解plc4-1在高滲脅迫下的敏感程度。而OsPLC4超量表達轉化株系能夠提高水稻對鹽、旱的抗逆性及植株存活率。鹽處理前后,在檢測OsPLC4的直接產物及與其密切相關信號分子的結果中發(fā)現(xiàn)磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)、1,4,5-三磷酸肌醇(1,4,5-inositol triphosphate,IP_3)和鈣離子含量的變化與OsPLC4響應鹽脅迫的功能密切相關。不同的遺傳材料在鹽處理后葉片中PA含量都升高,但其升高幅度OE8中最高,plc4-1中最低。體外添加DAG、PA能夠緩解plc4-1對鹽的敏感性。而在DAG與DAG激酶抑制劑同時存在下DAG不能回補plc4-1對鹽的敏感性。OsPLC4的缺失減弱IP_3和鈣離子對鹽脅迫的響應,也降低了一些鈣離子感受器及滲透脅迫響應基因在鹽逆境處理中轉錄水平升高的幅度。3.除了參與滲透脅迫響應OsPLC4還參與水稻生長發(fā)育或其它生理過程。OsPLC4缺失的突變體plc4-1弱化種子休眠,降低ABA抑制種子萌發(fā)的敏感性,同時還增強離體葉片水分散失。OsPLC4的缺失減弱水稻冠根的發(fā)生,而OsPLC4超表達則導致植株對IAA組成型響應。OsPLC4的缺失還導致花粉粒育性、種子結實率顯著下降。綜上所述OsPLC4具有多方面的功能,它影響著水稻的生長、發(fā)育及滲透脅迫響應,而且它通過脂信號和鈣信號2條途徑來調節(jié)水稻的滲透脅迫響應。
【圖文】：

1.1 植物非生物逆境脅迫響應過程（修改自 Hirayama and Shinozaki, 2010.1 Amodel of plant response to abiotic stress (modified from Hirayama and S2010).鈣離子信號與非生物逆境植物生長中必需的營養(yǎng)元素之一，，它在植物細胞中有 3 種存在形鈣和貯存鈣(White and Broadley, 2003)。游離鈣以自由狀態(tài)的離子靜息狀態(tài)下其含量極低，在 10-7mol/L 左右；結合鈣與一些蛋白存鈣占總鈣含量的 80%，在內質網、液泡、線粒體等細胞器中貯存(, 2003)。逆境刺激時，植物細胞質膜上的鈣離子通道打開，存在于中的鈣離子進入細胞內，大量貯存在細胞器中的鈣離子也被釋放([Ca2+]cyt)濃度瞬間大幅度上升，鈣離子感應器結合鈣離子后其蛋

水稻磷脂酰肌醇特異性磷脂酶 C4(OsPLC4)調節(jié)水稻滲透脅迫響應和生長發(fā)育白僅有與鈣離子結合的功能沒有效應功能，它們與鈣離子結變進而結合并調節(jié)下游靶蛋白的活性及功能，產生細胞效應號反應感應器主要由鈣離子依賴型蛋白激酶(Ca2+dependent pr，這類鈣離子感應器除了具有與鈣離子結合的 EF-手型（EF蛋白激酶結構域(Dodd et al., 2010)。幾種重要鈣離子感應器 1.2。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511

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本文編號：2640898