擬南芥對SO2的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)及NO調(diào)節(jié)作用.pdf

1、二氧化硫(SO2)作為常見的大氣污染物之一,對植株產(chǎn)生多種生理影響。然而植株適應(yīng) SO2脅迫的機(jī)制尚不十分清楚。本文以模式植物擬南芥為材料,對 SO2脅迫下擬南芥基因表達(dá)譜、葉片組織中生化指標(biāo)以及氣孔運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行分析,從多個(gè)角度探究植物適應(yīng)逆境的機(jī)制。
　　根據(jù)30 mg·m-3 SO2脅迫擬南芥72 h基因芯片檢測結(jié)果,我們從擬南芥全基因組中共檢出2780個(gè)與對照組間顯著差異表達(dá)的基因,其中上調(diào)表達(dá)1109個(gè),下調(diào)表達(dá)1671個(gè)。

2、本研究中主要分析了參與硫代謝、活性氧生成-清除途徑、NO合成途徑和防御相關(guān)的差異表達(dá)基因。在 SO2脅迫擬南芥中,硫代謝途徑中(氧化和同化途徑)多個(gè)基因轉(zhuǎn)錄改變,活性氧生成和清除途徑、NO合成途徑中的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄上調(diào);熱激蛋白、腈水解酶、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、細(xì)胞色素P450等與防御相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄水平提高。生長素、赤霉素、油菜素內(nèi)酯、乙烯等激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)。
　　擬南芥植株暴露于30 mg·m-3 SO2后,葉組織中NO

3、水平升高,硝酸還原酶活性隨著熏氣時(shí)間的延長而增強(qiáng),72 h熏氣組較對照組酶活性升高2.17倍。但加入硝酸還原酶抑制劑疊氮化鈉(NaN3)后,胞內(nèi) NO水平和硝酸還原酶活性均顯著降低。硝酸還原酶途徑中3個(gè)關(guān)鍵基因Nia1、Nia2和NiR1的轉(zhuǎn)錄水平在SO2脅迫72 h后轉(zhuǎn)錄上調(diào),該結(jié)果證實(shí)在植株適應(yīng) SO2脅迫的過程中,硝酸還原酶可以介導(dǎo) NO水平升高。
　　植株適應(yīng)30 mg·m-3 SO2脅迫中,胞內(nèi)過氧化氫和脯氨酸含量會(huì)顯著

4、升高,但加入 NaN3后,過氧化氫和脯氨酸水平隨之降低。利用 RT-PCR分析野生型和突變體nia1nia2擬南芥植株中CYP81D1、GSTU24、CAT3、CAD8等防御基因的轉(zhuǎn)錄水平,發(fā)現(xiàn)突變體中上述防御基因的轉(zhuǎn)錄水平低于野生型。
　　采用信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)-氣孔保衛(wèi)細(xì)胞,研究SO2衍生物(Na2SO3-NaHSO3混合液,3:1,mmol·L-1)對擬南芥野生型和突變體 nia1nia2植株氣孔運(yùn)動(dòng)的影響。研究發(fā)現(xiàn),擬南

5、芥植株表皮氣孔開度隨著 SO2濃度的升高而顯著減小;200 U·mL-1過氧化氫酶( CAT)、1 mM抗壞血酸(ASA)和0.1 mM促分裂原激活蛋白激酶(MAPK)抑制劑PD98059能顯著緩解由10μM SO2衍生物誘導(dǎo)的擬南芥氣孔關(guān)閉,表明活性氧和MAPK均參與調(diào)節(jié)SO2脅迫生理中擬南芥氣孔運(yùn)動(dòng);0.1 mM氯化鑭(LaCl3)和1 mM乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)能顯著緩解由10μM SO2衍生物誘導(dǎo)的擬南芥氣孔關(guān)閉,表

6、明SO2誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉與胞內(nèi)Ca2+升高有關(guān)。0.2 mM NO清除劑(c-PTIO)和25μM NO合酶抑制劑(L-NAME)能夠顯著緩解由10μM SO2衍生物誘導(dǎo)的野生型和突變體 nia1nia2氣孔關(guān)閉;但是0.1 mM鎢酸鈉只能緩解由10μM SO2衍生物誘導(dǎo)的野生型氣孔關(guān)閉而不能緩解 SO2衍生物引發(fā)的突變體nia1nia2氣孔關(guān)閉。結(jié)果表明NO生成參與SO2誘導(dǎo)的植株氣孔運(yùn)動(dòng),且SO2誘導(dǎo)的NO合成主要來源于硝酸還原酶途徑和