【摘要】：干旱是導(dǎo)致我國荒漠化和沙土化的主要原因,尤其在西北地區(qū)更為明顯。干旱環(huán)境引起植物體內(nèi)氧化還原異常,影響植物正常生長發(fā)育。葉片是植物發(fā)生同化和蒸騰過程的主要器官,葉片表皮氣孔的變化是旱區(qū)植物長期適應(yīng)干旱的重要方式之一。γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)是谷胱甘肽合成的限速酶,谷胱甘肽是重要的硫醇化合物,在植物響應(yīng)干旱脅迫過程中發(fā)揮重要作用。谷胱甘肽會影響生長素輸出載體的水平,從而調(diào)節(jié)生長素在根部的分布。研究表明氣孔發(fā)育也受到生長素的調(diào)控,從而影響植物的抗逆能力。檸條錦雞兒(Caragana korshinskii Kom.)是分布于我國西北地區(qū)典型的豆科灌木,由于其良好的適應(yīng)性,是我國干旱地區(qū)水土保持和防風(fēng)固沙的主要樹種之一。目前對檸條錦雞兒Ckγ-ECS基因影響抗旱性分析在分子水平研究較少,因此本研究主要開展檸條Ckγ-ECS的功能研究,揭示該基因如何通過生長素影響氣孔發(fā)育的分子機(jī)制,對旱區(qū)植物干旱適應(yīng)性研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。主要的試驗(yàn)結(jié)果包括:(1)從安塞,神木和東勝三個(gè)降雨量依次降低的地區(qū)采樣,氣孔密度與降水量呈正相關(guān),表明氣孔密度降低可能是檸條適應(yīng)干旱的重要方式。用不同濃度PEG6000處理,檸條主根隨PEG6000濃度增加呈增長趨勢,根冠比增加,植株高度和葉片面積均呈降低趨勢,表明干旱環(huán)境下促進(jìn)檸條根系伸長,而抑制地上部分生長。qRT-PCR分析表明,氣孔發(fā)育相關(guān)基因CkFAMA和CkSTOMAGEN轉(zhuǎn)錄水平隨干旱程度加重呈下降趨勢,生長素相關(guān)基因CkAXR3和CkARF5表達(dá)量升高。Ckγ-ECS基因表達(dá)及酶活性都顯著增加,表明Ckγ-ECS能及時(shí)響應(yīng)干旱脅迫。以上結(jié)果表明:干旱處理后檸條形態(tài)建成更有利于適應(yīng)干旱環(huán)境,并且誘導(dǎo)Ckγ-ECS基因大量表達(dá),生長素相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),氣孔發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)。(2)從檸條中克隆Ckγ-ECS基因的cDNA序列全長為1527bp,編碼508個(gè)氨基酸,分子量57.59kDa。利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)浸染擬南芥獲得過表達(dá)Ckγ-ECS植株,通過RT-PCR和Western Blotting鑒定陽性植株。(3)與野生型相比,主根較長,過表達(dá)擬南芥幼苗葉面積呈降低趨勢,葉片細(xì)長;通過掃描電鏡觀察葉片表皮,發(fā)現(xiàn)氣孔密度和氣孔開度都降低。與野生型相比,過表達(dá)擬南芥γ-ECS酶活性顯著增強(qiáng),AtAXR3和AtARF5在過表達(dá)擬南芥中表達(dá)量提高,表明過表達(dá)Ckγ-ECS影響了生長素信號通路中基因表達(dá)。AtFAMA和AtSTOMAGEN轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)較低,AtEPF1表達(dá)上調(diào),表明過表達(dá)Ckγ-ECS對氣孔發(fā)育產(chǎn)生影響。以上結(jié)果表明Ckγ-ECS基因可能通過生長素信號負(fù)調(diào)控氣孔發(fā)育。(4)干旱脅迫下,過表達(dá)擬南芥植株生長能力更強(qiáng),葉片含水量較高,失水率及丙二醛含量較低。表明過表達(dá)Ckγ-ECS增強(qiáng)了擬南芥保水能力,提高擬南芥抗旱性。綜上,我們推測檸條Ckγ-ECS基因可能通過影響生長素途徑影響氣孔發(fā)育,通過負(fù)調(diào)控降低氣孔密度,提高植物抗旱性。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q943.2
【圖文】：

第一章 文獻(xiàn)綜述 第一章 文獻(xiàn)綜述1 植物 γ-ECS 研究進(jìn)展γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)是谷胱甘肽(GSH)合成的限速酶，在有機(jī)體中 G兩步依賴 ATP 的代謝途徑合成，首先由 γ-ECS 催化谷氨酸(Glu)和半胱氨酸(Cys)生谷氨酰半胱氨酸(γ-EC)，再加一分子甘氨酸，經(jīng)過谷胱甘肽合成酶(GS)催化形成谷肽(Garcia-Gimenez et al. 2013)，同時(shí)谷胱甘肽以反饋抑制影響 γ-ECS 的酶活性，并活性也受到環(huán)境因素的制約（圖 1-1）。在擬南芥細(xì)胞中γ-ECS 主要分布于葉綠體和體，對植物生長發(fā)育是不可缺少的，擬南芥中 γ-ECS 功能性缺失導(dǎo)致胚致死(Hellrgmann 1990; Cairns et al. 2006)。GSH 主要維持體內(nèi)氧化還原平衡，在谷胱甘肽缺變體 cad2-1 中 γ-ECS 活性顯著下降，嚴(yán)重影響植物生長發(fā)育(Cobbett et al. 1998)。H 突變體擬南芥中發(fā)現(xiàn)，花的生長發(fā)育受到明顯的影響，同時(shí)根尖中生長素含量降明 GSH 以正調(diào)節(jié)因子參與生長素對植物生長發(fā)育的影響過程(Bashandyetal. 2010

1.2.1氣孔是植物組織與環(huán)境進(jìn)行碳循環(huán)及水循環(huán)的主要通道，由兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞(GC)構(gòu)氣孔變化是植物響應(yīng)干旱的特征之一。氣孔發(fā)育過程中由表皮細(xì)胞通過兩次分裂發(fā)（不對稱分裂和對稱分裂），形成保衛(wèi)細(xì)胞母細(xì)胞(GMC)和保衛(wèi)細(xì)胞，從而形成成熟氣孔(Geisler et al. 2000)。氣孔發(fā)育主要受保衛(wèi)細(xì)胞的膨脹運(yùn)動，細(xì)胞生長及分化的影(Franks et al. 1998; Pandey et al. 2007)。氣孔形成過程主要依賴三個(gè) bHLH 類轉(zhuǎn)錄因即 SPEECHLESS（SPCH），MUTE 和FAMA（圖 1-2）。SPCH 促進(jìn)表皮細(xì)胞進(jìn)入分化態(tài)并放大該信號(MacAlister et al. 2007)；MUTE 促進(jìn)擬分生組織細(xì)胞向保衛(wèi)細(xì)胞母細(xì)的轉(zhuǎn)化(Pillitteri et al. 2007)；FAMA調(diào)控保衛(wèi)細(xì)胞母細(xì)胞的對稱分裂并形成成熟的保細(xì)胞(Ohashi-Ito and Bergmann 2006)。過表達(dá)或功能性缺失這些轉(zhuǎn)錄因子都會引起氣孔育異常，過表達(dá) SPCH 基因時(shí)，植物會產(chǎn)生大量氣孔，說明 SPCH在不對稱分裂過程起關(guān)鍵作用(MacAlister et al. 2007)；過表達(dá) MUTE 基因時(shí)，幾乎全部的表皮細(xì)胞發(fā)育氣孔，認(rèn)為 MUTE 可以結(jié)束不對稱分裂，促進(jìn)形成 GMC；FAMA主要調(diào)控成熟保衛(wèi)胞，形成氣孔，缺失 FAMA 功能時(shí)，會引起GC 異常分化，無法形成正常的氣孔(Ohashiand Bergmann 2006)。

圖 1-3 氣孔發(fā)育中的調(diào)節(jié)過程(Hamanishi et al. 2012)Fig 1-3 The stomatal development signalling network物生長發(fā)育及響應(yīng)脅迫中最廣泛的植物激素(要通過 Aux/IAA 和 ARFs 蛋白活性誘導(dǎo)生長素uzroud et al. 2018; Chapman and Estelle 2009; G別（圖 1-4）：位于細(xì)胞膜的生長素結(jié)合蛋白 /生長素結(jié)合 F-box(AFB)蛋白(Hayashi 2012)。T蛋白，生長素濃度較高時(shí)，促進(jìn)TIR1/AFB 和 解 AUX/IAA蛋白，激活 ARFs 活性(Gray et l. 2007)；生長素濃度低時(shí)，AUX/IAA 抑制 ARF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，干旱脅迫下，會影響 Aux/I09), 大豆(Ha et al. 2013a)及鷹嘴豆(Singh et alA成員表達(dá)上調(diào)，在水稻中有15個(gè)IAA基因表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2792592