【摘要】：干旱(Drought)是常見的非生物脅迫之一,會影響植物生長發(fā)育并降低作物產量。植物在適應干旱過程中逐漸形成了完善的抗旱反應機制,使它們能夠快速感知環(huán)境信號,并做出生理生化反應。植物激素是細胞內的信號分子,在應對非生物脅迫的保護反應中發(fā)揮了重要作用。其中,植物體內產生的細胞分裂素(Cytokinin,CK)是參與應激反應的關鍵信號分子之一。據報道,植物生理缺水狀態(tài)下,細胞分裂素能夠參與調控氣孔運動、減弱蒸騰作用、提高植物的耐旱性,而在這些過程中反式玉米素(trans-Zeatin,tZ)發(fā)揮了主要功能。tZ類細胞分裂素主要在根部合成并進行長距離運輸,在靶細胞中發(fā)揮功能。AtABCG14是tZ運輸的關鍵因子,它的缺失會影響tZ的向頂運輸,造成突變體形態(tài)發(fā)生變化。tZ信號是干旱脅迫的初級反應,它是如何調整植物體內應激和發(fā)育基因轉錄水平、調控氣孔運動仍是目前亟待解決的重要問題。為進一步研究AtABCG14向頂運輸的細胞分裂素在抗旱反應中的作用機理,我們結合了遺傳學、細胞學、激素代謝分析和轉錄組分析等實驗手段進行研究,初步闡明了AtABCG14在抗旱反應中的分子機理。具體研究結果如下:(1)干旱脅迫下,AtABCG14的表達和tZ類CK含量下降。GUS組織染色結果和qRT-PCR結果顯示,擬南芥幼苗經甘露醇或脫落酸處理后,AtABCG14的表達量在植株中整體大幅降低;且由激素代謝分析可知,甘露醇或脫落酸處理后幼苗中大部分的細胞分裂素含量也降低。(2)atabcg14突變體氣孔孔徑變小從而導致其蒸騰作用減弱。通過抗旱表型分析及熱成像圖分析,atabcg14突變體與野生型相比蒸騰強度減弱,水分散失少,耐旱能力更強;而顯微鏡下觀察到突變體的氣孔密度不變但氣孔孔徑變小,說明AtABCG14參與調控氣孔運動,提高了植物的保水能力。(3)tZ類細胞分裂素能夠回補atabcg14表型,恢復氣孔大小。較低濃度的tZ類細胞分裂素處理atabcg14突變體,能夠調節(jié)氣孔運動,部分恢復突變體氣孔大小及蒸騰作用,說明AtABCG14運輸的tZ類細胞分裂素是介導氣孔運動的關鍵因子。(4)水楊酸(Salicylic Acid,SA)參與AtABCG14介導的抗旱調控途徑。LC-MS/MS檢測表明,干旱脅迫處理后野生型擬南芥中tZ類細胞分裂素和SA的含量分別下降和上升,而在atabcg14突變體中tZ類細胞分裂素和SA激素含量沒有顯著變化;其他激素的變化規(guī)律在野生型和突變體中相同,表明tZ類細胞分裂素和SA都參與了AtABCG14介導的抗旱反應。(5)atabcg14突變體中CK和SA信號共同調控活性氧(ROS)積累。二氯熒光素染色分析和qRT-PCR分析顯示,atabcg14突變體中CK響應基因A型ARRs、SA合成基因ICS1、ICS2及ROS合成相關基因PRX33、PRX34表達量均下降,保衛(wèi)細胞中活性氧含量比野生型低,說明AtABCG14介導的抗旱調控途徑中CK信號和SA信號通過降低活性氧水平,調控氣孔關閉。以上實驗結果表明,在干旱條件下AtABCG14介導細胞分裂素運輸調控擬南芥抗旱反應的過程。其中地上組織tZ類細胞分裂含量降低,響應基因A型ARRs的表達下調,同時SA的合成也降低并減弱SA信號傳遞,導致活性氧含量減低,抑制氣孔的張開,降低蒸騰作用,提高植物抗旱性。
【圖文】：

圖 1.1 AtABCG14 的表達模式[20]Figure 1.1 Gene expression pattern of AtABCG14[20][的信號轉導途徑元信號系統(tǒng)（two-component signaling systems，T膜上的受體蛋白 AHK2，AHK3 和 AHK4 相結合，活性，，使其發(fā)生自體磷酸化[22]；之后，保守區(qū)域 H接受區(qū)域（receiver domain）的 Asp 殘基；此磷酸HPs 蛋白；磷酸化的 AHPs 蛋白能夠被轉運到細胞遞給 CK 響應調節(jié)因子 A 型或 B 型 ARRs 蛋白受活 B 型 ARRs 基因的表達；B 型 ARRs 被激活后，物生長發(fā)育基因的轉錄表達，從而達到調控植物Rs 是細胞分裂素響應的正調節(jié)因子，而 A 型 ARR

第一章 文獻綜述的敏感性受CK信號影響，ABA下游轉錄因子AREB1，ANAC和DR 受體蛋白基因 AHK1 的上調[31]；ABA 信號分子 ABI4 能抑制 ARR5 ABI4 通過下調 PIN1 基因的表達，影響生長素的極性運輸[32]，因此、CK 和生長素信號途徑上的一個重要連接點。胞分裂素與水楊酸的相互作用酸（Salicylic acid，SA）是重要的信號分子，參與植物抗低溫[33]、疫[35]、衰老[36]等生理活動。CK 在 SA 的生物合成過程中不可或缺，調控氧化狀態(tài)的響應[37, 38]，促使氣孔關閉（圖 1.2）以應對免疫反應迫[31]。
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q945

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10 梁伯t

本文編號：2649716