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草酸氧化酶(EC1.2.3.4,Oxalate oxidase,OxO)催化草酸氧化产生CO2和H2O2。生物信息学分析水稻中编码OxO的基因有4个,在3号染色体上串联排列,其编码框的相似性在90-98％,但启动子序列却截然不同。本研究采用半定量RT-PCR分析了激素和各种逆境对OsOxO表达的影响,同时利用干涉OsOxO表达及过量表达OsOxO1的转基因植株为材料,分析上调OsOxO1表达对草酸代谢及调控OsOxO表达对种子成熟、萌发和抗逆性的影响,旨在探讨OsOxO在水稻种子成熟和萌发及胁迫中的作用。获得的主要结果如下:
1.激素和逆境对OsOxO表达的影响ABA和H2O2处理后,根叶中OsOxO1、OsOxO2、OsOxO3和OsOxO4的表达水平皆明显提高;2,4-D和NAA可诱导根中OsOxO1和OsOxO2的表达;GA不仅可诱导根中OsOxO1和OsOxO2的表达,也可诱导叶中OsOxO4的表达;低温胁迫下,根中OsOxO3的表达水平提高,而叶中则是OsOxO4的表达水平提高;盐胁迫(0.8%)下,叶中OsOxO1、OsOxO2、OsOxO3和OsOxO4的表达水平皆显著提高,而根中只有OsOxO1和OsOxO3的表达水平提高:干旱胁迫下,根叶中OsOxO1、OsOxO2、OsOxO3和OsOxO4的表达水平皆显著提高;伤害及细菌条斑病可诱导OsOxO4的表达。但在上述处理中均未检测到OxO活性。由于干旱、盐和低温胁迫皆可诱导ABA的产生,而大多数胁迫可导致ROS的积累,因此胁迫下OsOxO表达水平的提高可能是因为ABA和/或H2O2含量增加引起的。
2.OsOxO1在草酸代谢中的作用过量表达OsOxO1后,水稻叶中的OxO活性和草酸含量均提高,但H2O2含量和CAT活性没有明显影响,POD和SOD活性则下降。NO3-N和外源草酸处理后,过量表达OsOxO1株系叶中的草酸含量皆高于WT,但过量表达OsOxO4株系叶中的草酸含量在NO3-N处理后却显著下降。上述结果显示OsOxO1在水稻叶草酸降解中未发挥作用。
3OsOxO在种子成熟和萌发中的作用干涉OsOxO表达后,水稻种子内外稃中的OxO活性、H2O2含量、千粒重及颖果干重均低于WT,但叶绿素含量却显著高于WT;过量表达OsOxO1后,内外稃中的OxO活性虽然显著提高,但叶绿素含量和颖果干重并未受到明显影响,这可能是内外稃中的草酸含量有限,使得部分OxO并未发挥作用。因此OxO可能通过催化草酸氧化产生H2O2参与内外稃的衰老,进而影响籽粒的成熟和灌浆。干涉OsOxO表达后,水稻种子的发芽势和发芽率也明显低于WT;过量表达OsOxO1虽然使OxO活性显著提高,但种子的发芽势和发芽率并未受到影响。OxO催化草酸降解产生的H2O2可能作为信号分子参与种子萌发过程,干涉OsOxO表达可能降低胚中H2O2的含量从而抑制种子的萌发。
4 OsOxO在水稻抗逆中的作用干涉OsOxO和过量表达OsOxO1并未明显影响水稻幼苗对干旱、盐、低温、铝和镉胁迫的耐性及细菌性条斑病和白叶枯病的抗性。此外,特异干涉和过量表达OsOxO4也未明显影响水稻对细菌性条斑病和白叶枯病的抗性。因此OsOxO可能只是参与了水稻对胁迫的反应,在抵抗胁迫中的作用则不大。