【摘要】：隨著全球氣候環(huán)境的變化,高溫和高光脅迫變得越來越頻繁和嚴(yán)重,影響作物的生長進(jìn)而造成大面積減產(chǎn)。高光常常伴隨著高溫,而高溫或高光脅迫均會(huì)造成植物體內(nèi)ROS的過量積累。這些ROS如果得不到及時(shí)的清除,就會(huì)造成嚴(yán)重的氧化脅迫,對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA造成損傷。目前,大多數(shù)報(bào)道只是單獨(dú)的研究高溫或高光對水稻的影響,但田間實(shí)際面對的通常都是高溫、高光相互伴隨產(chǎn)生的脅迫,而水稻對高溫和高光共同脅迫下的響應(yīng)機(jī)制還鮮有報(bào)道。本研究通過高溫高光脅迫條件篩選水稻日本晴突變體庫得到一個(gè)對高溫高光敏感的突變體local lesions 1(ls1),利用圖位克隆的方法我們克隆了目的基因LS1,該基因編碼一個(gè)核糖核酸酶H2大亞基A(RNase H2A)。LS1基因突變后導(dǎo)致水稻基因組不穩(wěn)定性增加,促使高溫高光下突變體ls1中ROS的過量積累,并最終產(chǎn)生了葉片局部損傷的表型。本文主要研究結(jié)果如下:1.突變體ls1的葉片在溫和條件N22(Normal light)下表型與野生型類似,但在轉(zhuǎn)入高溫高光H32(High light)條件后表現(xiàn)出明顯的葉片局部損傷的表型。外界高溫高光條件越劇烈,突變體的表型越明顯,葉片中損傷面積相應(yīng)增大。單一的溫度或者光照變化處理無法誘導(dǎo)突變體表型的產(chǎn)生。2.H32條件下ls1突變體葉片損傷部位的葉綠素含量、葉片寬度和相對含水量均較野生型葉片有顯著的降低,泡狀細(xì)胞和表皮細(xì)胞發(fā)生明顯的萎縮。H32條件下突變體ls1損傷部位葉表面皺縮,氣孔嚴(yán)重扭曲,葉綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變并且大部分葉綠體發(fā)生降解。3.遺傳分析表明,ls1突變體表型是受一對隱性單基因控制。本研究利用ls1突變體與秈稻品種TN1進(jìn)行雜交獲得F_2群體。通過圖位克隆將目的基因定位于第11號(hào)染色體上。測序發(fā)現(xiàn)LOC_Os11g05570基因的第三個(gè)外顯子處發(fā)生了一個(gè)單堿基替換(C突變?yōu)門),并由此導(dǎo)致了丙氨酸(Ala)變?yōu)槔i氨酸(Val)。將日本晴正常的gDNA序列轉(zhuǎn)化突變體,表型觀察及分子鑒定證實(shí)LOC_Os11g05570確實(shí)為目的基因LS1。生物信息學(xué)分析表明,LS1編碼一個(gè)核糖核酸酶H2大亞基A(RNase H2A),參與DNA復(fù)制和修復(fù)等過程。4.模式表達(dá)分析表明,目的基因LS1主要是在葉片中表達(dá)。H32條件下,LS1的轉(zhuǎn)錄水平在突變體ls1中較野生型中有顯著地降低;而在N22條件下兩者的LS1轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有明顯差異。LS1蛋白水平表現(xiàn)情況與轉(zhuǎn)錄水平相似。亞細(xì)胞定位顯示LS1蛋白在細(xì)胞核中發(fā)揮生物學(xué)作用。5.H32條件下,TUNEL及彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明突變體ls1較野生型具有較高水平的DNA損傷,并且造成了過量的ROS積累;而在N22條件下,突變體ls1與野生型間DNA損傷水平及ROS含量無顯著差異。外施還原劑抗壞血酸(AsA)和二甲基硫脲(DMTU)可以顯著緩解突變體在高溫高光條件下葉片局部損傷的表型。6.通過qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn),H32條件下突變體ls1中大部分葉綠素降解、衰老和抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)較N22條件下顯著上調(diào)。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S511
【圖文】：

圖 1.1 植物光系統(tǒng)高光適應(yīng)模式圖（董瀟瀟等，2016） 1.1 The model of adaptive mechanisms on photosystem to highlight in plants (董瀟瀟等，到外界脅迫時(shí)，植物常常會(huì)有光抑制現(xiàn)象，而光抑制則會(huì)引發(fā)光氧化的發(fā)光氧化對植物的影響主要表現(xiàn)在光合部件的受損，光合色素的降解，嚴(yán)低溫、高溫等）下就會(huì)造成植物細(xì)胞的死亡。光氧化對植物產(chǎn)生的危害下植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過量激發(fā)能，而這些激發(fā)能會(huì)激發(fā)某些物質(zhì)到高能狀的活性較高，容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此造成細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的破壞；生過量的激發(fā)能，導(dǎo)致的電子轉(zhuǎn)移給電子傳遞鏈組分以外的物質(zhì)，產(chǎn)生活性氧常常從此過程中產(chǎn)生從而造成細(xì)胞的死亡。產(chǎn)生及危害光可以產(chǎn)生大量能量，雖然植物可以多種方式來使多余的能量耗散，但同時(shí)不可避免的產(chǎn)生 ROS 的積累。高溫脅迫下的 ROS 形成主要是與熱功能改變有關(guān)；而在高光脅迫下，植物體內(nèi)的 ROS 可產(chǎn)生于電子的轉(zhuǎn)

括胡蘿卜素、抗壞血酸（AsA）、α-維生素 E、谷胱甘肽（GS接還原 ROS，還可以參與到酶促反應(yīng)中作為底物共同來清除 ROAsA 可以作為還原劑參與到其中被氧化為 MDAsA。還原型的因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)中含有一個(gè)易于被氧化脫氫的巰基（-SH）。還原型再生相關(guān)，而 GR 可還原氧化型的 GSH。總之，AsA 和 GSH 在中的 ROS 方面起到重要作用，并且在植物中還原型的 AsA 和 G種較高的比率對清除 ROS 是非常重要的。物中抗氧化的酶類系統(tǒng)和非酶類系統(tǒng)共同維持著細(xì)胞中 ROS 的的抗氧化系統(tǒng)就不能很好地工作，一些抗氧化劑可能會(huì)增加，而也是 ROS 大量積累的原因。在劇烈的生物脅迫條件下脂質(zhì)過氧會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡（Hodges 和 Forney，2000；Duarte 等，S 大量產(chǎn)生時(shí)起發(fā)揮作用，還可以完成補(bǔ)救一些由于 ROS 所造成被 ROS 損害的 DNA，最大限度上維持遺傳信息的完整性（Mo化劑，如維生素、酚類、類黃酮、類胡蘿卜素、谷胱甘肽和內(nèi)源氧等，這些物質(zhì)可直接或間接的作為酶的底物來消除活性氧（Ma

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本文編號(hào)：2739633