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光敏色素B介导的光信号调控水稻ABA反应的研究

顾建伟  
【摘要】:水稻是世界上主要的粮食作物之一。各种生物和非生物胁迫严重限制了水稻的产量,因此,研究水稻的胁迫应答机制,进而培育高产高抗的水稻新品种也就显得十分重要。我们知道,脱落酸(Abscisic acid, ABA)是一种关键的胁迫激素,参与多种植物胁迫应答反应,特别是非生物胁迫反应。而在拟南芥中的研究表明,光敏色素介导的光信号与植物激素脱落酸途径相互作用。但是水稻光敏色素与ABA途径之间是否相互影响仍不清楚。本研究以野生型和phyB突变体水稻作为研究材料,利用荧光定量PCR等方法分析了phyB介导的光信号对ABA生物代谢和ABA反应的影响。同时我们利用基因芯片技术筛选了一些可能参与光信号与ABA信号互作的基因,对它们的表达模式进行了分析,并构建了这些基因的过表达载体,获得了其中一个基因的稳定过表达转基因植株,从而得以对该基因的功能进行更深入的分析。主要结果如下: (1)在phyB突变体中,ABA合成代谢相关基因OsNCED1、OsNCED3的表达水平明显高于野生型,而ABA降解代谢基因OsABAOX1、OsABAOX2、 OsABAOX3则相反,这可能解释了phyB突变体积累较多的内源ABA。这些结果|表明,phyB介导的光信号负调控水稻ABA的积累。 (2)外源ABA处理明显抑制黑暗和光照下生长的水稻种子的萌发,但是在光照条件下,ABA对phyB突变体种子萌发的抑制效果更明显。据此推测phyB感受的光信号消弱了ABA对种子萌发的抑制效果。通过分析部分已报道的种子萌发相关基因在正常或ABA处理的野生型和phyB突变体中的表达水平,结果表明,phyB介导的光信号对水稻种子萌发的调控作用与可能与这些基因无关。 (3)在红光条件下,ABA处理能够抑制水稻幼苗地上部分的生长,野生型和phyB突变体对ABA处理的反应基本相同;但是ABA对phyB突变体主根生长的抑制效果显著高于野生型,这个结果表明phyB介导的光信号不影响ABA对水稻幼苗地上部分生长的抑制效果,但负调控ABA对主根生长的抑制效果。这些结果表明phyB介导的光信号负调控水稻ABA反应。 (4)通过荧光定量PCR等方法对筛选得到的一些基因进行表达模式和功能分析,结果表明,这些ABA信号途径相关基因,如蛋白磷酸酶基因(OsPP2C2,AK068272),S类受体蛋白激酶基因(OsS-RE, AK068992), ABA应答蛋白基因(OsABAR, AK061581)的表达受phyB介导的光信号影响的,表明phyB介导的光信号可能通过影响这些基因的表达来调控水稻ABA反应。通过过表达一个S类受体蛋白激酶基因(AK068992),发现该基因显著影响水稻的叶长和叶宽,并且对水稻的耐盐性,育性也有一定的影响。 本研究揭示了水稻光敏色素对ABA途径的影响,为深入研究光信号途径和ABA途径协同调控水稻发育的分子机制奠定了基础,并为培育高抗高产水稻品种积累了材料。


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