OsGD1通过ABA信号途径加速水稻叶片的衰老

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叶片衰老是一个缓慢的细胞程序性死亡(PCD)过程,绝大多数植物的生长发育过程都要经历衰老阶段。同时衰老受一个非常复杂的网络调控,包括内部因素和外部因素。内部因素主要有植物激素、年龄、糖以及生殖生长;而外部因素则主要包括紫外线和臭氧、营养限制、生物及非生物胁迫等。然而关于衰老具体机制的研究还不是非常深入,尤其是在水稻中相关的研究还非常初步。在实际应用领域,作物早衰严重影响其后期的光合效率,进而限制作物产量的提高。ABA在植物生长发育各阶段都发挥着重要作用,包括种子萌发、根生长以及各种生物和非生物胁迫反应。同时ABA作为一个正向调节子参与叶片的衰老过程。但ABA调节衰老的相关机制研究的还不是很深入。  我们前期实验发现,gd1(germinationdefective1)突变体表现出纯合不育、种子不能正常萌发、植株矮化等多效性表型。本论文中,我们证明了这个核定位的转录抑制子OsGD1调节了叶片衰老的过程。OsGD1的表达量在叶片自然衰老中呈现出表达上调的趋势;与野生型相比,过量表达OsGD1全长转录本(OsGD1-OX)的转基因植株从抽穗期开始一直到种子成熟期都表现出早衰表型,表明OsGD1在水稻叶片的衰老过程中是作为一个正向调节子起作用。对过量表达去除OsGD1基因C末端EAR结构域(GD1△EAR)的转基因植株的相关分析表明,EAR结构域在OsGD1调节的衰老过程中并不是必须的。进一步实验表明,OsGD1OX和GD1△EAROX植株都表现出了ABA参与的叶片衰老表型,但不受其它几种促进叶片衰老的因素(乙烯、茉莉酸和黑暗)的诱导。ABA萌发实验显示,OsGD1OX和GD1△EAROX转基因植株的种子都表现出对ABA的超敏感表型。这一结果与衰老过程中OsGD1正向调节ABA信号通路的结果相一致。  然而,gd1突变体在整个生长周期中都没有表现出任何衰老相关的表型。通过对水稻中OsGD1的唯一一个同源基因OsGD2的功能研究,我们发现OsGD2也定位于细胞核。并且在叶片自然衰老的过程中OsGD2的表达水平也明显上调;过量表达该基因的植株也表现出早衰的表型。进一步的实验证明,同时干涉OsGD1和OsGD2基因(或在gd1的突变体背景中干涉OsGD2)的转基因植株在出苗期就表现出致死表型,这些结果表明在调节叶片的衰老过程中,OsGD2和OsGD1可能存在着功能上的冗余。糖是诱导叶片衰老的重要成分。授粉后第一周叶片中,OsGD1-OX和GD1△EAR植株中淀粉的含量明显上升,但可溶性糖包括葡萄糖、果糖和蔗糖的含量并没有明显的变化。说明淀粉在促进叶片的衰老过程中可能发挥着重要作用。以上这些结果表明,OsGD1特异的通过ABA信号途径加速了水稻叶片的衰老进程。
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