芥子油苷是一种富含氮、硫元素的重要次生代谢产物,广泛存在于十字花科的植物中,具有抵御病虫害,营造独特风味以及防治癌症等多种生物学作用,具有广泛的研究价值与经济价值。但由于芥子油苷本身是一种惰性物质,其大部分的生物学功能需要依靠自身的水解产物完成。黑芥子酶是芥子油苷的水解酶,一般情况下与芥子油苷分别存在于植物细胞的不同位置。当植物受到机械损伤时,黑芥子酶与芥子油苷之间的空间隔离被打破,两者相遇发生反应,无毒的芥子油苷被水解为各种有毒的水解产物,由这些水解产物来发挥不同的生物学作用。TGG1是黑芥子酶家族中存在范围最广,表达量最多,最为重要的一种黑芥子酶,主要存在于地上部分,与同家族的TGG2存在功能冗余。TGG1是目前已知的黑芥子酶基因家族中最重要的一种,越来越多的研究表明TGG1除了控制芥子油苷的分解代谢,从而使植物产生对病虫害等生物胁迫的防御性反应外,还参与很多其他的生理过程,有研究证明TGG1基因的缺失会导致ABA诱导的气孔关闭过程发生障碍,因此我们推测TGG1很可能与植物的水分代谢有关并参与植物的抗旱反应,本研究对这一假设进行了实验论证。本研究构建了35S启动子驱动的TGG1过表达植物载体35S:TGG1,并通过农杆菌介导的花序浸染法将其转入拟南芥,获得了稳定表达的转基因植株纯合子,以野生型和过量表达TGG1的转基因植株为实验材料,进行干旱胁迫实验,实验结果显示:(1)150 mmol L-1甘露醇模拟的干旱胁迫下35S:TGG1种子基本上能全部发芽,且长势相对茁壮;而野生型种子几乎不能发芽,少部分发芽的植株也表现的十分脆弱,生长速度明显慢于35S:TGG1。(2)在150、250 mmol L-1两种浓度梯度的甘露醇模拟的干旱环境中,35S:TGG1的平均相对电导率都显著低于野生型,证明其受害程度小于野生型。(3)离体叶片的相对失水速率35S:TGG1显著慢于野生型,5 h后野生型离体叶片的萎缩程度明显大于35S:TGG1。(4)自然干旱胁迫下,35S:TGG1的相对失水速率显著慢于野生型,而干旱复水后的平均存活率则显著高于野生型。(5)对气孔的观察结果表明,过表达TGG1的转基因植株气孔对ABA处理具有更高的敏感性,气孔关闭程度显著高于野生型植株。以上研究结果表明,过量表达TGG1基因可显著提高拟南芥的抗旱能力,而且其抗性机制很可能与气孔在逆境下的关闭程度有关。长期以来,芥子油苷降解的研究主要集中在病虫害等生物胁迫方面,而对其在非生物胁迫中所起的作用关注相对较少,本研究证明了芥子油苷的降解与植物的抗旱性关系密切,过表达TGG1可以通过增强植株对ABA的敏感性加速气孔的闭合,而从显著增强植株的抗旱能力。这些研究结果为深入探讨芥子油苷及其代谢产物在非生物胁迫方面的作用及其分子机制提供理论依据及数据参考。