论文部分内容阅读
脱落酸(ABA)能够响应多种逆境胁迫，是调控植物抗逆性的重要激素。9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase，NCED)是高等植物ABA合成途径的关键酶。柱花草广泛种植于热带亚热带地区，耐旱性强。本实验室从柱花草克隆了SgNCED1基因，并在烟草表达，获得了转SgNCED1基因烟草。本文以该转基因烟草为材料，研究ABA生物合成的调控及ABA提高植物抗逆性的机理。论文主要研究结果如下：
1.转SgNCED1基因烟草的ABA含量提高，抗逆性增强
以T1代转SgNCED1基因烟草为材料，初步研究了SgNCED1过量表达对植物内源ABA生物合成及抗逆性的影响。Southern杂交结果显示，SgNCED1基因已整合到烟草的基因组，经半定量RT-PCR检测，SgNCED1基因在烟草获得了表达。转基因烟草叶片ABA含量提高了51.77％，导致其气孔导度、蒸腾速率和光合速率不同程度的降低，但植物生长正常，植株大小与野生型相近。转基因烟草中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性高于野生型，H2O2和NO含量提高。在0.1 mol/L NaCl模拟盐胁迫和0.1 mol/L甘露醇模拟干旱胁迫条件下，转基因烟草的生长量明显高于野生型，表明其耐盐、耐旱性提高。研究结果表明，SgNCED1基因在烟草中的表达，提高了转基因烟草中ABA含量，诱导了H202和NO的产生，引起气孔的关闭，并诱导抗氧化酶活性，因而提高了耐盐性和耐旱性。
2.H2O2和NO介导ABA诱导抗氧化酶活性及抗逆性
进一步以T2代转基因烟草为材料，深入研究了信号分子H2O2和NO在ABA提高植物抗逆性中的作用。继续对3个单拷贝的T2代转基因烟草株系进行了分子以及生理检测，结果显示，SgNCED1基因在T2代转基因烟草中表达，并提高了ABA含量和耐盐、耐旱性。
转基因烟草叶片叶肉细胞及保卫细胞的H2O2和NO含量都显著高于野生型，以ABA合成抑制剂钠普生(Naproxen)、H2O2清除剂DMTU和NADPH氧化酶抑制剂吡啶预处理后，转基因烟草NO和H2O2水平明显降低。以NO清除剂PTIO、一氧化氮合酶(NOS)抑制剂L-NNA和硝酸还原酶(NR)抑制剂NaVO3预处理后，转基因烟草的NO含量降低，但是PTIO和L-NNA处理不影响H2O2的水平。NaVO3处理后转基因烟草的H2O2含量降低，可能和NaVO3不是NR的特异性抑制剂有关。研究结果证明，转基因烟草中较高的H2O2和NO含量是由内源ABA含量提高所致，ABA可能诱导H2O2产生与NADPH氧化酶活性有关，ABA诱导NO的产生与NOS和NR活性有关；ABA诱导H2O2产生不依赖于NO，而ABA诱导NO的产生依赖于H2O2。
转基因烟草的SOD、CAT、APX和谷胱甘肽还原酶(GR)活性分别比野生型高22.28％，111-145％，51-71％和58-75％，转基因烟草的抗氧化酶基因SOD，CAT，cpAPX，cAPX和GR的表达量也明显高于野生型。用Naproxen、DMTU、吡啶、PTIO、L-NNA和NaVO3等预处理后，转基因烟草的抗氧化酶基因表达量和酶活性被明显抑制。研究结果证明，ABA诱导抗氧化酶活性与其诱导抗氧化酶基因表达有关，而H2O2和NO介导ABA的诱导作用。
基于上述研究，提出了内源ABA调控植物抗逆性的机制：ABA诱导H2O2和NO的产生，NO的产生依赖于H2O2。H2O2和NO进一步诱导抗氧化酶基因表达，提高抗氧化酶活性，同时也诱导气孔关闭，降低蒸腾失水，提高植物耐旱耐盐性。