摘要
褪黑素(Melatonin，MT)是一种具有多效性的吲哚胺类神经内分泌激素。动物中的研究提示，褪黑素具有辅助治疗疾病、抗衰老和神经保护等作用。目前，尽管褪黑素的植物学效应研究已取得较大进展，但是具体的分子机理还有待于解析。已经知道，5-羟色胺N-乙酰转移酶(SNAT)是褪黑素的合成过程中的限速酶，本研究通过克隆SNAT基因以及相关的遗传学操作来探究内源褪黑素是否参与植物对盐胁迫的耐性。 甲烷(Methane，CH4)在动物中具有消炎、抗癌和抗氧化等作用。近年来，CH4的植物学作用也逐渐受到关注。研究证实，CH4参与植物响应多种非生物胁迫。同样，血红素加氧酶(Heme oxygenase 1，HO1/HY1)也具有与CH4类似的生理学作用，例如已经发现CH4和HY1均能提高植物的耐盐性，但是不清楚它们之间是否存在互作效应。针对上述科学问题，本研究以野生型拟南芥(Wild-type，WT)、HY1突变体(hy1-100)、HY1过表达(35S:HY1-4)和CH4合成酶过表达材料(MtMCR)为主要研究材料，通过遗传学和分子生物学等方法，尝试解析CH4和HY1在植物耐盐过程中是否存在互作。 具体研究结果如下: (1)首先克隆紫花苜蓿的SNAT基因(MsSNAT)，并进一步获得了褪黑素合成酶过表达拟南芥MsSNAT的两个株系(MsSNAT-1和MsSNAT-2);盐胁迫下表型分析发现，MsSNAT过表达明显提高了转基因拟南芥内源褪黑素含量，从而提高了其耐盐性;磺酰尸胺(MDC)染色标记自噬体数量和自噬相关(ATG)基因表达分析证实，上述内源褪黑素诱导的植物耐盐性与自噬体增强有关。 过表达MsSNAT还能通过提高抗氧化酶活性/基因表达，参与重建盐胁迫下氧化还原平衡，进而增强了拟南芥的耐盐性。分子生物学的实验表明，过表达MsSNAT还能通过调动钠氢转运体(NHX1)和盐过敏症1(SOS1)离子转运蛋白，从而参与重建离子稳态。 总之，上述遗传学和分子生物学的研究结果证实，褪黑素增强拟南芥耐盐性是通过以下因素来实现的:1)提高细胞内的自噬作用;2)参与重建胁迫下幼苗的氧化还原平衡和离子稳态。 (2)实时定量PCR以及GUS染色分析证实，外源CH4(以富甲烷水的形式提供)预处理可以提高盐处理下野生型拟南芥HY1的表达;外源CH4预处理可以增强35S:HY1-4拟南芥的耐盐性，但是不能改变hy1-100突变体的盐敏感性，这与CO预处理的结果是不一样的。 分子生物学研究表明，HY1通过提高SOS1基因、抗氧化酶基因和miRNAs表达来参与CH4提高拟南芥耐盐性。此外，外源CH4预处理还可以降低35S:HY1-4拟南芥株系的Na+/K+、活性氧(过氧化氢和超氧阴离子)和TBARS的含量，但是在hy1-100突变体中没有发现类似的效应。进一步的遗传学研究发现，HY1的抑制剂ZnPP降低了拟南芥MtMCR过表达株系(CH4合成酶过表达材料)的耐盐性。综上所述，本研究揭示了CH4通过调动HY1信号来参与缓解拟南芥的盐胁迫。 上述研究为提高植物耐盐性提供了初步的理论和实践新知识。
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