摘要
高等植物生长发育的过程中经常会受到逆境胁迫，植物可以通过激活逆境信号传导途径表达特异蛋白产物，从而在一定程度上缓解胁迫压力。利用T-DNA插入诱发获得的拟南芥突变体155在表型上与野生型C24相比出现明显差异，课题组前期的测序结果显示突变基因与热激蛋白基因 (Heat Shock Protein，HSP) 101相关，是具有分子伴侣活性的ATP酶基因的结合亚单位，且突变基因的确对植株的高温耐受性起到作用。 由于不同逆境信号途径之间存在广泛的交谈，本文试图在低温、干旱、高盐及极端光照强度等条件下研究突变体和野生型在逆境胁迫的敏感性和耐受度之间的差异，力图分析不同逆境信号之间存在的关联；并对突变体和野生型中作为渗透保护剂的脯氨酸和还原糖水平在正常生长条件下的差异和不同逆境胁迫下的变化趋势和程度进行了测定；同时对冷诱导途径中的主效转录激活因子CBF1进行了克隆和初步载体构建。获得了如下结果： 1．野生型比突变体的冷抗性略强但不显著，且这种差异只出现在土壤材料中，而在培养基材料中观察不到野生型与突变体在冷抗性上有明显差异。无论野生型还是突变体，生长5周的材料比生长7周的材料具有更强的低温抗性，揭示了植物逆境抗性在其整个生命周期内是动态变化的。 2．突变体在冷诱导条件下检测不到转录激活因子CBF1的表达，而野生型则表达强烈。由此，突变体似应表现出比野生型较弱的低温抗性，而实验结果并非如此。这可能是由于其他冷应答途径的补偿作用造成的，也说明了逆境信号途径的复杂性与多样性。 3．对冷诱导过程中起主效作用的CBF信号途径的CBF1转录因子进行了基因克隆和初步的载体构建，期望可以通过基因工程手段获得具有优良低温抗性的转基因花卉品种。 4．培养基盐浓度的逐渐升高对野生型和突变体的生长都表现出先促进后抑制的趋势。在较低水平下盐浓度升高对植株的生长起明显的促进作用，当盐浓度达到某个临界点后，再增加浓度反而对植株起抑制生长的作用。这说明，拟南芥存在最适生长盐浓度点(或区间)。在培养基材料上观察不到野生型和突变体在相同盐浓度下的差异反应。 5．正常生长条件下，突变体中的脯氨酸和还原糖含量高于野生型。而在冷诱导或干旱胁迫条件下，突变体中脯氨酸和还原糖的积累总量均大于野生型，冷诱导7天过程中积累的脯氨酸总量大于干旱胁迫7天所积累的总量，说明低温比干旱更容易促进脯氨酸的积累；冷诱导条件下1至7天的脯氨酸积累量明显大于8至14天的积累量，说明脯氨酸积累呈现先快后慢的积累效应。突变体与野生型相比，在受到干旱胁迫时表现出更强的存活能力。这可能与正常生长条件下突变体中较高的渗透保护剂(如脯氨酸和还原糖)浓度相关。 6．强光和黑暗条件影响了植株的正常生长，植株表现出叶柄变长，叶片黄化、卷曲，直到植株萎蔫的生理反应。极端光照条件对突变体的伤害略小于野生型。其原因有可能是野牛型和突变体在信号传导途径上的差异表达，也可能是突变体较小的叶片面积和蒸腾作用。在野生型和突变体中，低温、干旱、强光、黑暗等胁迫条件都共同表现出延迟开花的效应，并且黑暗条件比强光条件造成的延迟更严重。以上研究结果说明，155突变体与野生型相比在多种胁迫条件下表现出不同的敏感性和耐受度，以上的差异是由T-DNA插入导致相应基因功能丧失而造成的。由此，我们推断在拟南芥热激反应信号途径和其他逆境信号途径之间存在某种形式的交谈，当突变体中HSP101基因表达阻断时，CBF1基因的表达也受到影响，植株的高温和低温耐受性均低于野生型。而突变体中渗透调节剂(脯氨酸和还原糖)的含量则显著高于野生型，且胁迫条件下积累量更多，干旱胁迫时存活力更强。此外，突变体的极端光强耐受性也强于野生型。这说明植物不同逆境信号途径之间的交谈存在正向与方向，激活与抑制，补偿和阻断等多种方式，同时进一步印证了逆境信号途径网络的复杂性和多线性。
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