本文關(guān)鍵詞： 缺Mg 乙烯 一氧化氮 生長素 根毛　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一,參與植物許多生理生化過程。然而,由于鎂離子在酸性和砂質(zhì)土壤中容易淋失以及與其它陽離子的拮抗作用,極易造成作物缺鎂,從而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。掌握植物的耐缺鎂機(jī)制對于利用生物技術(shù)或遺傳育種手段培育耐缺鎂作物新品種具有重要的科學(xué)意義。本論文以模式植物擬南芥及一氧化氮(NO)、乙烯和生長素相關(guān)的突變體為材料,并結(jié)合藥理學(xué)處理手段,研究了乙烯、NO和生長素調(diào)控缺鎂誘導(dǎo)根毛發(fā)育的作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:缺鎂能夠明顯提高野生型擬南芥根系中根毛起始和伸長,同時(shí)能夠通過增加ACC合成酶(ACS)和ACC氧化酶(ACO)、NR和NOS-L的活性,生長素轉(zhuǎn)運(yùn)體AUX1,PIN1,和PIN2基因及蛋白的表達(dá)分別提高乙烯、NO和生長素在根系中的積累。在正常供鎂條件下,乙烯前體ACC或NO供體SNP或人工合成生長素NAA處理均能提高所有被測根段根毛的發(fā)育;而在缺鎂條件下,乙烯抑制劑STS或NO內(nèi)源清除劑c-PTIO或生長素運(yùn)輸抑制劑NPA的施用均能夠明顯抑制缺鎂誘導(dǎo)的根毛起始和伸長。另外,與野生型擬南芥所不同的是,缺鎂誘導(dǎo)的根毛起始和伸長在乙烯不敏感突變體ein2-5和ein3-1,NO缺陷突變體nia1,2和noal,生長素運(yùn)輸缺陷突變體aux1-7,pin1-和pin2中均顯著受阻。這些結(jié)果表明乙烯、NO和生長素均參與了缺鎂誘導(dǎo)的根毛發(fā)育。基于上述結(jié)果,我們進(jìn)一步研究了乙烯、NO和生長素在調(diào)控缺鎂誘導(dǎo)的根毛發(fā)育中的相互關(guān)系。在缺鎂的條件下,乙烯、NO和生長素各自之間均能通過提高根系中的ACS、ACO活性,或NR和NOS-L活性,或AUX1,PIN1和PIN2轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá),相互促進(jìn)它們在根系中的積累。這說明在缺鎂的根系中,乙烯、NO和生長素在它們的含量提升中形成了正向的循環(huán)調(diào)控機(jī)制。我們繼而研究了這種調(diào)控機(jī)制是否在缺鎂誘導(dǎo)根毛發(fā)育中起作用。結(jié)果表明,在缺鎂的條件下,乙烯能部分逆轉(zhuǎn)c-PTIO對Col-0根毛起始和伸長的抑制作用,同時(shí)也顯著促進(jìn)了 nia1,2和noa1突變體中的根毛起始和伸長;反之,NO也能部分逆轉(zhuǎn)STS對缺鎂Col-0根毛起始和伸長的抑制作用,并也促進(jìn)了ein2-5 ein3-1和突變體中的根毛起始和伸長。這表明,乙烯和NO交互式地調(diào)控了缺鎂誘導(dǎo)的根毛發(fā)育。然而,在缺鎂的條件下,雖然NAA能逆轉(zhuǎn)c-PTIO或STS對Col-0根毛起始和伸長的抑制作用,也能促進(jìn)ein2-5,etr3-1,nia1,2和noa1突變體中的根毛起始和伸長;但是,同樣在缺鎂條件下,ACC和SNP卻并不影響NPA對Col-0根毛起始和伸長的抑制作用,也不能提升aux1-7,pin1-1和pin2突變體的根毛起始和伸長。這說明生長素作為乙烯和NO的下游信號(hào)分子調(diào)控了缺鎂誘導(dǎo)的根毛發(fā)育。
[Abstract]:Magnesium is one of the essential nutrient elements in plant growth and development, which is involved in many physiological and biochemical processes in plants. However, magnesium ions are easy to be leached in acidic and sandy soils and antagonistic to other cations, which can easily lead to magnesium deficiency in crops. Therefore, it is of great scientific significance to master the mechanism of magnesium tolerance in plants for the cultivation of new varieties of magnesium deficient crops by means of biotechnology or genetic breeding. In this paper, Arabidopsis thaliana and Arabidopsis thaliana are used as model plants. Nitric oxide (no), ethylene and auxin related mutants were used as materials, Combined with pharmacological treatment, the mechanism of no and auxin regulating root hair development induced by magnesium deficiency was studied. The main results were as follows: magnesium deficiency could significantly increase root hair initiation and elongation in wild type Arabidopsis thaliana root system. At the same time, the expression of auxin transporter AUX1PIN1 and PIN2 gene and protein increased the accumulation of no and auxin in roots by increasing the activities of ACC synthase (ACSS) and ACC oxidase (ACOC) and NOS-L, respectively. Under the condition of normal magnesium supply, the expression of auxin transporter AUX1 and PIN2 gene and protein increased the accumulation of no and auxin in roots, respectively. The treatment of ethylene precursor ACC or no donor SNP or synthetic auxin NAA could improve the development of root hair in all tested root segments, but under magnesium deficiency, The application of ethylene inhibitor STS or no endogenous scavenger c-PTIO or auxin transport inhibitor NPA significantly inhibited root hair initiation and elongation induced by magnesium deficiency. The root hair initiation and elongation induced by magnesium deficiency were significantly blocked in ethylene insensitive mutants ein2-5 and ein3-1 no deficiency mutants nia1t2 and noalal2, aux1-7mpin1- and pin2. These results indicate that ethylene nitrite and auxin are both involved in the deficiency. Magnesium induced root hair development. Based on the above results, We further studied the relationship between no and auxin in regulating the root hair development induced by magnesium deficiency. Under the condition of magnesium deficiency, the activities of ACSN, NR and NOS-L in roots could be increased by increasing the activities of ACSO, NR and NOS-L in roots. Or the expression of AUX1PIN1 and PIN2 transporter, which promotes their accumulation in root system. The effects of magnesium deficiency on root hair development were studied. The results showed that under the condition of magnesium deficiency, no and auxin formed a positive cyclic regulation mechanism, and the results showed that, under the condition of magnesium deficiency, no and auxin might play an important role in root hair development induced by magnesium deficiency, and the results showed that under the condition of magnesium deficiency, Ethylene partially reversed the inhibition of c-PTIO on root hair initiation and elongation in Col-0, and promoted root hair initiation and elongation in nia1t2 and noa1 mutants, whereas no also partially reversed the inhibition of STS on root hair initiation and elongation of Mg-deficient Col-0. It also promoted the initiation and elongation of root hair in ein2-5 ein3-1 and mutant. This indicated that ethylene and no interactively regulated root hair development induced by magnesium deficiency. Although NAA can reverse the inhibition of c-PTIO or STS on the initiation and elongation of Col-0 root hair, it can also promote the initiation and elongation of root hair in ein2-5tr 3-1nnia1t2 and noa1 mutants. Under the condition of magnesium deficiency, NPA and SNP did not affect the inhibition of NPA on the initiation and elongation of Col-0 root hair. The root hair initiation and elongation of aux1-7 pin1-1 and pin2 mutants could not be increased, which indicated that auxin, as a downstream signal molecule of ethylene and no, regulated root hair development induced by magnesium deficiency.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q945

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本文編號(hào)：1530256