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拟南芥β-葡萄糖苷酶调节ABA含量动态变化与耐旱性关系研究

王棚涛  
【摘要】: 植物激素ABA不仅参与调控种子休眠和萌发过程,还广泛参与干旱、盐碱和冷害等多种非生物胁迫应答反应。这些生理功能的实现依赖于细胞内ABA水平动态且快速的精细调控。细胞内ABA含量受复杂的从头合成途径、羟基化分解代谢和共价结合失活的共同控制。ABA葡萄糖酯(ABA-GE)是植物体内ABA结合失活的主要形式,这种结合态的ABA-GE能否重新释放出具生物学活性的游离ABA,目前所知甚少。 我们筛选了功能获得性ABA不敏感突变体gai6,该突变基因编码β-葡萄糖苷酶BGLU10。bglu10的T-DNA插入纯合突变体气孔无论胁迫与否均趋于较大的开放状态,导致水分丧失过快而不耐干旱;相反BGLU10的超表达株系比野生型耐旱性更强,而且ABA、NaCl及甘露醇等胁迫处理时BGLU10的超表达株系比野生型萌发后子叶变绿数量更少,而bglu10突变体则表现更好的萌发后幼苗生长态势。无论正常浇水还是干旱处理条件下BGLU10的超表达株系中ABA含量均高于野生型WT,而bglu10突变体中ABA含量却比野生型稍低。ABA或干旱反应的标志性基因的表达分析表明,脱水处理可诱导RAB18、RD29B和RD22的表达显著上调,而且BGLU10-OE植物中此三个基因的表达量高于WT,而bglu10突变体中该三个基因的表达量则低于WT; ABA响应的转录因子ATHB6同样表现出类似的表达模式。此外,干旱处理条件下植物体内总β-葡萄糖苷酶活性与植物的耐旱性呈正相关。这些结果均暗示BGLU10可能通过调控ABA含量进而使干旱耐性基因表达量升高而增强植物的耐早性。 带GFP标签的BGLU10融合蛋白及RFP与液泡膜标志蛋白γ-TIP1融合蛋白的原生质体瞬时表达的荧光共定位结果显示,BGLU10酶蛋白定位于液泡中;且我们的实验也显示拟南芥总β-葡萄糖苷酶活性的最适pH值为6.0左右,与已知的液泡酸碱环境相吻合。BGLU10基因组织表达的GUS染色结果表明该基因在植物各组织包括根、茎、叶、花及果荚均有表达,尤其是成熟的输导组织中表达更为强烈。此外ABA、盐害、脱水及冷胁迫均可诱导BGLU10基因的表达上调,暗示了β-葡萄糖苷酶BGLU10可能参与了多种胁迫下游离ABA的水解释放与植物的胁迫耐性反应。 总之,本研究使人们对植物体内ABA水平的动态调节机制有了新的认识,即ABA的从头合成、羟基化分解代谢、共价结合失活及结合态ABA的重新酶解释放,协同精细调控植物体内游离ABA含量,使植物体得以应对复杂多变的胁迫环境和生长发育需要。


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