O2__和MAPK信號(hào)調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制.pdf

1、根系的生長(zhǎng)發(fā)育具有很大的可塑性，受到內(nèi)部遺傳因子和外部環(huán)境因子共同調(diào)節(jié)。O2??和MAPK是植物體內(nèi)重要的信號(hào)分子，參與生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞分裂、脅迫應(yīng)答等眾多過程。鎘脅迫抑制作物生長(zhǎng)，適量的鋅能減輕鎘對(duì)作物的傷害。本實(shí)驗(yàn)旨在以水稻（Oryza sativa L.，中花11號(hào))為材料研究O2??和MAPK信號(hào)調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制。
　　1.O2??調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制實(shí)驗(yàn)分析了CK、Cd、Cd+Zn、Cd

2、+Zn+DDC（SOD抑制劑）和Cd+Zn+Tiron（O2?–清除劑）5種處理對(duì)水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育和基因表達(dá)的影響。結(jié)果顯示，添加鋅減少了鎘的吸收；Cd+Zn與 Cd+Zn+DDC類似促進(jìn)了根系尤其是側(cè)根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和數(shù)量的增加；Cd+Zn+Tiro n顯著抑制了根系的生長(zhǎng)發(fā)育。通過半定量RT-PCR，從轉(zhuǎn)錄水平綜合分析了不同發(fā)育時(shí)期 OsMAPK基因家族、生長(zhǎng)素相關(guān)基因家族（OsPINs、OsPID、OsARFs和OsIAAs）和細(xì)胞周

3、期核心基因家族（共147個(gè)基因）在上述處理?xiàng)l件下表達(dá)的變化。結(jié)果表明，處理9天時(shí)，有115個(gè)基因的表達(dá)發(fā)生了變化，其中受Cd、Cd+Zn和O2?–（包括Cd+Zn+DDC或Tiron）調(diào)節(jié)的基因分別為64、66和87個(gè)；處理13天時(shí)，有117個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)或下調(diào)，其中受 Cd、Cd+Zn和O2?–（包括Cd+Zn+DDC或 Tiron）調(diào)節(jié)的基因分別為66、67和74個(gè)。不同處理對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)存在交叉和重疊現(xiàn)象，如在9天和13天

4、時(shí)分別有28和24基因的表達(dá)受到 Cd、Cd+Zn和O2?–的共同調(diào)節(jié)。這些結(jié)果表明，鋅對(duì)鎘脅迫水稻根系的調(diào)節(jié)與 O2?–有關(guān)，O2?–可能通過調(diào)節(jié) MAPK、生長(zhǎng)素和細(xì)胞周期基因的表達(dá)參與了鎘鋅互作水稻根系生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。
　　2 MAPK信號(hào)調(diào)節(jié)鎘及鎘鋅互作水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制實(shí)驗(yàn)
　　分析了在 CK、CK+PD(MAPKK抑制劑，PD98059)、Cd、Cd+PD、Cd+Zn、Cd+Zn+PD6種條件下水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育和

5、基因表達(dá)的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與無PD相比，添加PD后從不同程度上影響了CK、Cd和Cd+Zn處理根系的生長(zhǎng)。利用半定量RT-PCR分析了PD對(duì)OsMAPKs基因、生長(zhǎng)素相關(guān)基因（OsPINs、OsPID、OsA RFs和OsIAAs）和細(xì)胞周期核心基因家族在轉(zhuǎn)錄水平上表達(dá)的影響。結(jié)果顯示，與無 PD相比，在被檢測(cè)的129個(gè)基因中，受 PD正/負(fù)調(diào)控的基因在 CK、Cd和Cd+Zn條件下分別有78、71和64個(gè)。我們的數(shù)據(jù)顯示，在這3種處理

6、條件下，MAPK信號(hào)途徑可能通過調(diào)控上述相關(guān)基因的表達(dá)而參與了根系生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。
　　總結(jié)論：本研究表明，鎘及鎘鋅互作條件下根系生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的過程，MAPK、O2?–和生長(zhǎng)素信號(hào)及細(xì)胞周期因子參與了根系生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，MAPK、O2?–和生長(zhǎng)素信號(hào)在根系生長(zhǎng)調(diào)節(jié)過程中可能存在交互作用，并且這種交互作用在不同發(fā)育時(shí)期也存在差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，不同處理?xiàng)l件下MAPK信號(hào)對(duì)根系生長(zhǎng)和基因表達(dá)的調(diào)節(jié)存在差異，說明 MAPK信號(hào)調(diào)節(jié)