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植物硫代葡糖苷/芥子酶防御系统为十字花科植物所特有。植物体中,芥子酶及其底物硫代葡糖苷分别储藏在不同的细胞中。在受到病虫侵袭或机械损伤时,芥子酶被释放与底物相遇,硫代葡糖苷被降解为有活性(有毒)化合物,起防御作用。所以对硫代葡糖苷/芥子酶防御系统的研究具有重要的意义。在拟南芥中,共发现芥子酶基因6个:TGG1、TGG2、TGG3、TGG4、TGG5、TGG6。利用RT-PCR和Southern杂交等技术证实:TGG1和TGG2基因在叶、子叶、茎和花器官中表达,具有芥子酶活性,但这两个基因在抗虫害功能上存在兀余;TGG3和TGG6基因均是假基因;已有研究表明TGG4、TGG5基因在根部特异表达,但其功能作用尚未了解清楚。本研究主要探索了 TGG4、TGG5基因的功能及其可能存在的相互作用关系:1.拟南芥TGG4、TGG5基因是位于第一染色体上的高度连锁的两个基因。利用拟南芥TGG4、TGG5基因T-DNA插入单突变体杂交,用PCR方法在后代中筛选获得TGG4、TGG 纯合双突变体。2.确定了根部芥子酶活力测定的最佳条件:当Vc浓度为2 mmol/L、反应温度为37℃,pH为4.5时,根部芥子酶活力最高。测定各基因型拟南芥根部芥子酶活力后发现,双突变体根部芥子酶活力最低,野生型的酶活力最高,单突变体的酶活力居中。证明拟南芥根部芥子酶主要由TGG4、TGG5基因表达。3.在温度为22℃,空气相对湿度60%,光照时间8 h/d,光照强度200 μmol/(m2·s)的培养条件下,比较双突变体和单突变体以及野生型的地上部分表型,发现TGG4、TGG5双突变体的营养生长状况略优于野生型以及两种单突变体植株,双突变体的发芽萌发时间比其它基因型早,生殖生长迟于野生型和单突变体。4.通过研究双突变体和单突变体以及野生型在不同萌发条件下的萌发特性,发现TGG4和TGG5基因的存在延迟拟南芥种子的萌发。5.在正常培养条件下,双突变体的根比单突变体长,单突变体的根比野生型略长,推测TGG4、TGG5在抑制根长的功能上有加性作用。无糖培养条件下,各基因型拟南芥均不能正常生长。在水/琼脂培养条件下,各基因型拟南芥生长均不好,但双突变体的根长最长,可以看出TGG4、TGG5抑制拟南芥根部生长。在无硫培养的条件下,双突变体的长势也比其他基因型好,根长最长,野生型对缺硫最敏感。在淹水处理14d后,野生型生长长势比单突变体好,单突变体长势比双突变体好,推测TGG4、TGG5具有抗涝的功能。