【摘要】：高鹽、干旱等滲透脅迫嚴(yán)重影響著作物的生長發(fā)育和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。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(zhuǎn)錄受非生物逆境的誘導(dǎo)并在響應(yīng)非生物逆境脅迫中起重要的調(diào)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(yīng)過程中的作用和機制,主要結(jié)果如下:1.水稻基因組中預(yù)測含有4個PI-PLC基因,它們都具有3個保守結(jié)構(gòu)域:X結(jié)構(gòu)域、Y結(jié)構(gòu)域和C2結(jié)構(gòu)域。通過進(jìn)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(jìn)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(dá)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(zhuǎn)錄水平檢測結(jié)果顯示其在幼嫩植株及分蘗期植株的根、葉中轉(zhuǎn)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(dǎo)OsPLC4在葉或根中的轉(zhuǎn)錄。高鹽與脫水也能誘導(dǎo)葉中OsPLC4蛋白水平的升高,而OsPLC4蛋白主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和質(zhì)膜上。2.OsPLC4對植株耐鹽和抗旱具有正向調(diào)節(jié)作用,其通過脂信號和鈣信號2條途徑來調(diào)節(jié)水稻的滲透脅迫響應(yīng)。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(yīng)的野生型相比對鹽、旱脅迫處理都更敏感。OsPLC4回補表達(dá)轉(zhuǎn)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(dá)轉(zhuǎn)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(chǎn)物及與其密切相關(guān)信號分子的結(jié)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(yīng)鹽脅迫的功能密切相關(guān)。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(yīng),也降低了一些鈣離子感受器及滲透脅迫響應(yīng)基因在鹽逆境處理中轉(zhuǎn)錄水平升高的幅度。3.除了參與滲透脅迫響應(yīng)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(dá)則導(dǎo)致植株對IAA組成型響應(yīng)。OsPLC4的缺失還導(dǎo)致花粉粒育性、種子結(jié)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(yīng),而且它通過脂信號和鈣信號2條途徑來調(diào)節(jié)水稻的滲透脅迫響應(yīng)。
【圖文】：

1.1 植物非生物逆境脅迫響應(yīng)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(xì)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(jié)合鈣與一些蛋白存鈣占總鈣含量的 80%，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡、線粒體等細(xì)胞器中貯存(, 2003)。逆境刺激時，植物細(xì)胞質(zhì)膜上的鈣離子通道打開，存在于中的鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，大量貯存在細(xì)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(yīng)器結(jié)合鈣離子后其蛋

水稻磷脂酰肌醇特異性磷脂酶 C4(OsPLC4)調(diào)節(jié)水稻滲透脅迫響應(yīng)和生長發(fā)育白僅有與鈣離子結(jié)合的功能沒有效應(yīng)功能，它們與鈣離子結(jié)變進(jìn)而結(jié)合并調(diào)節(jié)下游靶蛋白的活性及功能，產(chǎn)生細(xì)胞效應(yīng)號反應(yīng)感應(yīng)器主要由鈣離子依賴型蛋白激酶(Ca2+dependent pr，這類鈣離子感應(yīng)器除了具有與鈣離子結(jié)合的 EF-手型（EF蛋白激酶結(jié)構(gòu)域(Dodd et al., 2010)。幾種重要鈣離子感應(yīng)器 1.2。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S511

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