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植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)作为重要的信号分子可以参与调节植物抗逆境(包括干旱、冷害、盐害等)的多种生理反应。已有研究表明 ABA的作用模式与植物细胞中氧化胁迫有关,ABA能够诱导活性氧(Reactive Oxides,ROS)的产生及抗氧化基因的表达,从而提高植物抗氧化防护能力。过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)作为一类重要的ROS在ABA诱导的信号传导过程中起到重要的作用。近年来,对于ABA诱导的植物抗氧化防护系统的研究越来越深入,关于ABA信号的受体的探索也越来越广泛。
双组分系统(two-component system,TCS)是通过组氨酸激酶(histidinekinase,HK)磷酸化对多种生理过程进行感知和调节的一类信号传递系统,在低等生物和高等植物中同样起到重要的作用。但是关于ABA诱导的氧化胁迫信号途径与水稻双组份系统关系方面的研究尚未见报道。为此,本实验以水稻为研究对象,利用生物信息学和分子生物学相结合的方法,以半定量 RT-PCR为主要研究手段对水稻中六条OsHKs基因与ABA的关系进行了研究,从中筛选出两条响应 ABA信号的基因 OsHK3和OsHK5进一步研究其与H2O2的关系。
主要结果如下:
采用半定量RT-PCR方法,10%PEG处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;100μmol·L-1 ABA处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;10 mmol·L-1 H2O2处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4h处理时间内的30 min产生上调表达高峰。同样,采用半定量RT-PCR方法,10%PEG处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;100μmol·L-1 ABA处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的30 min和60min产生上调表达高峰;10 m mol·L-1 H2O2处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4h处理时间内的30 min和60 min产生上调表达高峰。
对ABA生物合成抑制剂fluridon预处理后的样品进行10%PEG处理后的样品较对照样品,所有时间点OsHKs基因表达情况和对照近乎相同,说明预处理后的PEG处理没有诱导水稻 OsHKs基因表达增强;100μmol·L-1 ABA恢复处理后的样品较对照样品,OsHKs基因转录水平产生上调表达,说明预处理后的ABA恢复成功诱导水稻 OsHK3,OsHK5基因表达增强。充分证明了干旱胁迫下 ABA能够诱导水稻 OsHKs基因表达增强。
H2O2清除剂 DMTU和抑制剂 DPI预处理后的样品较对照样品,所有时间点 OsHKs基因表达情况和对照近乎相同,说明预处理后的ABA处理没有诱导水稻 OsHKs基因表达增强。H2O2清除剂预处理后 ABA诱导产生的H2O2被有效清除了,ABA不能诱导水稻 OsHKs基因表达增强。同样,H2O2抑制剂预处理后 ABA诱导的H2O2的合成被有效抑制了,ABA也不能诱导水稻 OsHKs基因表达增强。进一步证明了 ABA诱导水稻 OsHKs基因表达增强是通过 ABA诱导产生的内源 H2O2来起作用的。
这些结果初步阐明了在 ABA信号途径中 ABA、H2O2与植物双组份系统三者之间的关系,从而为 ABA诱导植物细胞抗氧化防护系统的信号转导途径提供了新的证据。
双组分系统(two-component system,TCS)是通过组氨酸激酶(histidinekinase,HK)磷酸化对多种生理过程进行感知和调节的一类信号传递系统,在低等生物和高等植物中同样起到重要的作用。但是关于ABA诱导的氧化胁迫信号途径与水稻双组份系统关系方面的研究尚未见报道。为此,本实验以水稻为研究对象,利用生物信息学和分子生物学相结合的方法,以半定量 RT-PCR为主要研究手段对水稻中六条OsHKs基因与ABA的关系进行了研究,从中筛选出两条响应 ABA信号的基因 OsHK3和OsHK5进一步研究其与H2O2的关系。
主要结果如下:
采用半定量RT-PCR方法,10%PEG处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;100μmol·L-1 ABA处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;10 mmol·L-1 H2O2处理后,水稻OsHK3基因的转录水平和对照相比,在4h处理时间内的30 min产生上调表达高峰。同样,采用半定量RT-PCR方法,10%PEG处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的60 min和90min产生上调表达高峰;100μmol·L-1 ABA处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4 h处理时间内的30 min和60min产生上调表达高峰;10 m mol·L-1 H2O2处理后,水稻OsHK5基因的转录水平和对照相比,在4h处理时间内的30 min和60 min产生上调表达高峰。
对ABA生物合成抑制剂fluridon预处理后的样品进行10%PEG处理后的样品较对照样品,所有时间点OsHKs基因表达情况和对照近乎相同,说明预处理后的PEG处理没有诱导水稻 OsHKs基因表达增强;100μmol·L-1 ABA恢复处理后的样品较对照样品,OsHKs基因转录水平产生上调表达,说明预处理后的ABA恢复成功诱导水稻 OsHK3,OsHK5基因表达增强。充分证明了干旱胁迫下 ABA能够诱导水稻 OsHKs基因表达增强。
H2O2清除剂 DMTU和抑制剂 DPI预处理后的样品较对照样品,所有时间点 OsHKs基因表达情况和对照近乎相同,说明预处理后的ABA处理没有诱导水稻 OsHKs基因表达增强。H2O2清除剂预处理后 ABA诱导产生的H2O2被有效清除了,ABA不能诱导水稻 OsHKs基因表达增强。同样,H2O2抑制剂预处理后 ABA诱导的H2O2的合成被有效抑制了,ABA也不能诱导水稻 OsHKs基因表达增强。进一步证明了 ABA诱导水稻 OsHKs基因表达增强是通过 ABA诱导产生的内源 H2O2来起作用的。
这些结果初步阐明了在 ABA信号途径中 ABA、H2O2与植物双组份系统三者之间的关系,从而为 ABA诱导植物细胞抗氧化防护系统的信号转导途径提供了新的证据。