摘要
干旱胁迫是影响玉米生产的主要限制因素，易导致出芽不齐和产量降低。中胚轴的长度与玉米的抗旱性和耐深播性密切相关，中胚轴长的玉米品种具有更好的抗旱性和耐深播性。生长素（IAA）和过氧化氢（H2O2）在植物的生长发育过程中具有重要的调控作用，但IAA和H2O2如何参与调控中胚轴的生长并不清楚。郑单958是在中国广泛种植，具有萌发较快、中胚轴长度较长等优点的玉米杂交种。本论文以郑单958为研究材料，通过分析不同条件下中胚轴生长过程中的细胞长度变化、活性氧水平变化、细胞壁成分含量变化及相关水解酶活性变化等生理指标，并结合RNA-seq，鉴定调控玉米中胚轴生长过程中的关键基因和代谢途径的变化，探究IAA和H2O2调控玉米中胚轴生长的分子生理机制。研究结果表明： （1）外源IAA通过提高H2O2水平，增加了中胚轴的细胞长度，促进了中胚轴的生长。以黑暗条件下生长快速时期（84 h）的玉米中胚轴1 cm切段为材料，发现外源施加IAA促进中胚轴生长和其薄壁细胞的伸长。当中胚轴生长受到促进时，中胚轴中的超氧化物（O2-）水平降低，H2O2水平上升。过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性增强，过氧化氢酶（CAT）活性降低。经外源H2O2处理，中胚轴也表现出与IAA处理相似的变化，IAA和H2O2均促进中胚轴伸长。利用IAA+H2O2组合处理，也可促进中胚轴伸长，并且IAA+H2O2组合处理比单独IAA或H2O2处理表现出更强的促进作用。施加外源氯化二亚苯碘基（DPI） （NADPH抑制剂，H2O2合成抑制剂）抑制中胚轴生长，O2-水平和H2O2水平均降低，POD、CAT和SOD活性增强。这些结果表明，IAA通过增强SOD活性，降低CAT活性，提高H2O2，促进中胚轴细胞伸长。当用DPI降低H2O2水平时，IAA对中胚轴的促进作用也受到抑制。同时，H2O2处理也可增强SOD活性，降低CAT活性，以维持H2O2在中胚轴的水平。IAA通过调节H2O2水平参与中胚轴细胞的伸长，而H2O2可增强IAA对中胚轴的促进作用。 （2）外源IAA使细胞壁主要成分水解酶活性增强，降低了细胞壁主要成分的含量。当中胚轴生长受到外源IAA促进时，中胚轴中的果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶活性增强；中胚轴细胞壁中的果胶、纤维素和半纤维素含量降低。经外源H2O2和IAA+H2O2处理，中胚轴水解酶活性与细胞壁主要成分含量也表现出与IAA处理相似的变化。并且IAA+H2O2组合处理比单独IAA或H2O2处理表现出更显著的效果。施加外源DPI抑制中胚轴生长后，其细胞壁主要成分水解酶活性降低，细胞壁主要成分含量上升。 （3）IAA调控中胚轴生长的关键基因及信号途径。RNA-seq分析结果表明，外源IAA可以诱导中胚轴中2237个差异表达基因，其中846个上调，1291个下调。GO富集分析发现，这些基因大多参与鼠李糖半乳糖醛酸I代谢过程（与果胶酶有关）、IAA激活的信号通路（与IAA响应蛋白、IAA转运蛋白、IAA反应因子、IAA合成酶和IAA诱导蛋白有关）、H2O2代谢过程（与POD、CAT、NADPH和RBOH有关）、细胞壁修饰（与果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶有关）。KEGG富集分析发现，这些基因大多富集在植物激素信号转导（如IAA信号转导）、苯丙烷代谢（与POD相关）、类胡萝卜素生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸之间的相互转化（与果胶酶有关）等通路中。IAA提升了与H2O2代谢过程有关的基因的表达量，也提升了与细胞壁降解有关酶的基因表达量。针对生长素调控中胚轴生长的关键基因，通过实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）进行验证，发现筛选的20个基因表达水平与RNA-seq数据一致。这些基因在H2O2处理下也有相同的表达趋势，说明施加外源IAA与H2O2均影响了中胚轴生长过程中的基因表达情况，促进中胚轴生长。 综上所述，本论文通过研究中胚轴生理指标的变化与RNA-seq分析，研究了IAA与H2O2对中胚轴生长的调节作用，为解析中胚轴生长机制提供新的依据。
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