利用基因芯片技术解析NO调节拟南芥生理反应的分子机制

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一氧化氮(NO)是植物体内重要的信号分子之一,在植物对生物和非生物胁迫(如干旱、UV-B、盐害、高温等)的反应、细胞程序性死亡(PCD)、呼吸作用、光形态建成、果实成熟、叶片伸展、气孔关闭、衰老、种子萌发、开花调控、根发育和激素反应等植物生长发育过程中起着重要的调节作用。因此研究NO在植物中起作用的遗传和分子机制有着重要的理论意义和潜在的应用价值,是目前植物分子生物学研究领域的热点问题之一。要搞清NO调节植物生理过程和功能的分子机制,关键是要解析NO调节基因表达的机制。而在植物体内NO含量变化的情况下对其全基因组转录物的分析又是解析NO调节基因表达机制的一种有效方法。  本研究以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象。用于实验的材料有野生型拟南芥(WT)、内源NO含量升高的拟南芥突变体nox1和内源NO含量降低的突变体 noa1。利用 Affymetrix公司的拟南芥 ATH1全基因组芯片(Arabidopsis ATH1-121501 Genome Array)进行芯片杂交实验,得到WT、nox1和noa1的基因表达谱,并筛选出差异表达基因。芯片结果显示:nox1突变株与WT相比,nox1中有532个基因上调,其中有120个明显上调,说明这些基因的表达可能受NO诱导,下调基因有130个,其中有16个基因表达明显下调,说明这些基因的表达可能受NO抑制;noa1突变株与WT相比,没有检测到上调基因,而下调基因仅有一个,说明植物体内NO含量的降低对基因表达的影响不大。在TAIR和NCBI网站上检索各差异表达基因的相关信息,利用GO功能注释对所获得的差异表达基因进行分类。初步分析发现NO含量升高影响基因的表达主要集中在物质代谢相关基因、光合作用相关的酶的基因、参与植物胁迫反应的功能蛋白基因、信号转导途径调节蛋白基因等方面。利用KEGG网站进行Pathway分析发现,NO主要诱导木质素的生物合成、亚麻酸代谢以及柠檬烯、缬氨酸、亮氨酸色氨酸等的降解,并抑制氨酰tRNA、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生物合成。  本文利用基因芯片技术全面的研究了内源NO含量的升高以及内源NO含量的降低对植物表达谱的影响,并根据对表达谱数据的分析初步探讨了NO和乙烯、赤霉素、脱落酸等植物激素相互作用的分子机制,进一步研究将有望揭开NO在植物中的作用机理。
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