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干旱、高盐、低温等非生物胁迫是限制植物生长发育的重要外界因素,因此,植物耐逆性机制的研究对于农业生产具有重要意义。近年来的研究发现,植物激素乙烯和赤霉素在调控植物生长发育的同时,还广泛参与了植物对非生物胁迫的响应。为了进一步研究乙烯和赤霉素调控植物耐逆性的分子机制,本文以双子叶植物拟南芥和单子叶植物水稻为研究材料,鉴定并分析了参与其中的调控基因COP1、HY5、OsERF109和RGA1。本研究通过分析这些基因在乙烯和赤霉素调控干旱和盐胁迫反应中的功能,加深了对植物激素参与逆境胁迫的理解,同时也对农业生产中耐旱、耐盐品种的培育及严重干旱和盐害地区土地的开发与利用具有重要意义。 本研究主要结果如下: 1.乙烯通过COP1-HY5调控拟南芥萌发阶段的耐盐性。前期在拟南芥中的研究结果表明,HY5参与了乙烯提高的拟南芥萌发时期耐盐性,而且,乙烯通过增加COP1在细胞核中的积累,促进了HY5蛋白的降解和下胚轴的伸长。本研究发现,COP1在乙烯调控萌发时期的耐盐性中同样发挥重要作用。细胞学观察和生化实验证明,在NaCl处理条件下,COP1的定位由细胞核变为细胞质,进而导致HY5蛋白的积累和ABI5基因的上调;乙烯前体ACC可以恢复盐胁迫下COP1的定位以及HY5蛋白和ABI5基因的表达水平,并促进盐胁迫下拟南芥种子的萌发。遗传学实验结果表明,COP1-HY5在EIN3的下游参与这一过程的调控。因此,本研究证明乙烯通过调控盐胁迫下COP1的核质定位,促进HY5蛋白降解和ABI5基因表达下调,进而增强拟南芥在萌发时期的耐盐性。 2.OsERF109负调控乙烯的生物合成和水稻的耐旱性。乙烯的合成在水稻应答干旱胁迫的反应中具有重要作用,本研究对早期发现的1个干旱调控基因OsERF109的在乙烯合成中的功能进行了分析。亚细胞定位实验证明OsERF109定位于细胞核;并且,瞬时转化实验表明,OsERF109可以结合GCC和DRE元件并激活报告基因的表达,因此,OsERF109具有转录因子的基本特性,即细胞核定位和转录激活活性。本研究通过测定OsERF109转基因水稻植株中的乙烯含量和相关基因表达水平,发现OsERF109通过转录激活OsERF3,抑制乙烯合成基因ACS6和ACO2的表达,导致乙烯合成量降低。因此,OsERF109通过转录调控乙烯的生物合成基因影响水稻中乙烯的生合成及其耐旱性。 3.RGA1通过影响钠离子的区隔化和赤霉素的代谢调控水稻的耐盐性。实验室对前期EMS诱导获得的水稻突变体库进行了150 mM的NaCl处理,从中筛选获得了1个矮化耐盐的突变体sd58。图位克隆及等位性分析证明,sd58是一个编码G蛋白α亚基的基因RGA1发生了突变,其第一个内含子由G突变为A。本研究通过反转录和测序的方法证明该突变导致了异常的RGA1转录本。钠钾离子含量及基因表达检测表明,sd58突变体中钠离子含量及钠、氢离子转运蛋白基因NHX1和NHX2的表达量显著升高,因此RGA1可能通过影响钠离子在液泡中的区隔化进而调控水稻的耐盐性。另外,sd58突变体中GA4及其失活代谢酶基因EUI分别表现出显著的降低和升高,表明RGA1可能还通过EUI调控活性赤霉素的水平。以上的研究结果表明,RGA1通过调控钠离子的分布和活性赤霉素的含量,进而影响水稻的耐盐性。