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土壤酸化是全球范围内限制作物生长的主要因素之一。其中,铝(Al)作为酸性土壤限制作物生长的一个最主要因素主要表现为抑制根系的生长。植物在长期驯化过程中演绎出不同的耐铝毒机制,主要包括外部排斥和内部耐受机制,其中前者占据主导。研究表明,拟南芥中ALMT1介导的根系苹果酸分泌在植物耐铝调控中起到关键作用。一些参与ALMT1上游调控的转录因子例如STOP1、CAMTA2和WRKY46等具有重要作用。此外,多种植物激素如生长素、细胞分裂素、茉莉酸,乙烯等在植物铝毒害耐性调控过程同样扮演重要角色。油菜素内酯(BR)作为一种极其重要的激素,在植物适应外界非生物胁迫时发挥关键作用。植物细胞质膜受体激酶可以识别BR,经由激酶级联过程传递该信号,最后通过BIN2去磷酸化激活转录因子BZR1、BES1,调控下游基因转录表达。本文研究发现BR通过参与ALMT1介导的根系苹果酸分泌的调控,进而参与了对铝胁迫耐性的调控,主要结果如下:(1)BR信号参与调控植物根部对铝胁迫的敏感程度通过外源施加24-表油菜素内酯(BL)及甾醇合成抑制物(PPZ)处理野生型幼苗发现,BR显著加重了铝胁迫对根伸长的抑制程度。结合BR合成关键基因突变体det2以及BR信号通路关键调控因子功能缺失突变体bin2-3bil1bil2和功能获得性突变体bzr1-1D和bes1-D,进一步证实了 BR信号对铝胁迫耐性的调控,主要表现为根伸长的变化,以及bzr1-1D和bes1-D突变体根中胼胝质合成和铝积累程度的增加等。且通过结合不同pH和金属离子胁迫分析证明了该调控对铝胁迫的特异性。通过结合qRT-PCR、Western-Blot和激光共聚焦扫描显微镜等技术分析,证明了铝胁迫对BR信号关键因子的转录和蛋白表达调控。(2)铝胁迫下BR信号调控ALMT1介导的根系苹果酸分泌通过比较铝处理下野生型和BR信号关键基因突变体(bin2-3bil1bil2,bzr1-1D和bes1-D)根系苹果酸的分泌,发现BR信号参与调控根系苹果酸的分泌,其中BZR1和BES1负调控铝胁迫下根尖苹果酸分泌,而BIN2正调控铝胁迫下根尖苹果酸分泌。结合qRT-PCR及瞬时表达实验证明BZR1和BES1负调控ALMT1的转录表达,以上结果说明BZR1和BES1可能通过调控ALMT1转录水平,进而影响根系苹果酸的分泌调控植物铝耐性。(3)铝胁迫下BZR1/BES1和WRKY46互作并调控其表达qRT-PCR检测铝胁迫下野生型和bzr1-1D和bes1-D根中ALMT1上游转录因子的表达发现,铝胁迫下野生型和突变体根中STOP1和CAMTA2的表达没有显著变化,而与野生型相比,突变体根中WRKY46的表达则显著升高。利用烟草体内Dual-lucierase瞬时表达实验,进一步证明铝胁迫下BZR1和BES1提高WRKY46的转录激活活性。表明铝胁迫下BZR1和BES1除了可能直接参与调控ALMT1表达外,还可能通过调控WRKY46的转录活性,进而抑制ALMT1的表达。研究中通过酵母双杂交(Y2H)及双分子荧光互补(BiFC)实验,证明了BZR1/BES1和WRKY46蛋白之间存在互作关系。(4)BZR1/BES1在蛋白水平作用于STOP1抑制根系苹果酸分泌qRT-PCR分析发现铝胁迫下BZR1/BES1对STOP1的转录表达无影响,但通过遗传学手段结合激光共聚焦显微镜分析发现,铝胁迫下BZR1/BES1抑制STOP1的蛋白表达。结合烟草体内Dual-lucierase瞬时表达实验,发现BZR1和BES1能够抑制STOP1对ALMT1的转录激活。而结合Y2H和BiFC实验证明BZR1/BES1与STOP1之间存在蛋白互作。表明BZR1/BES1可能通过蛋白水平上抑制STOP1,进而调控ALMT1介导的根系苹果酸的分泌,具体调控机理下一步将进行详细研究。(5)STOP1通过负调控BZR1/BES1来抵御铝毒害为进一步明确STOP1与BZR1和BES1之间的调控关系,我们还利用qRT-PCR,对野生型和stop1突变体根中中BZR1和BES1的转录水平进行了分析,结果发现,STOP1在转录水平上参与了对BZR1和BES1的表达抑制。而结合烟草体内Dual-lucierase瞬时表达实验进一步证实了这一结果。因此,以上结果显示STOP1和BZR1/BES1之间的具体调控关系较为复杂,下一步我们将对此进行详细的研究和分析。(6)铝胁迫下BIN2参与调控ALMT1介导的根系苹果酸分泌我们通过分析野生型和bin2-3bil1bil2突变体根系苹果酸的分泌发现,与野生型相比,突变体根系苹果酸分泌量显著降低,然而结合qRT-PCR检测并未发现ALMT1的表达下调。这表明BIN2及其类似蛋白可能从蛋白水平上直接调控ALMT1的表达。我们结合酵母双杂交分析发现,BIN2和ALMT1之间存在蛋白互作关系。因此我们下一步研究将对其调控机理进行详细的分析和研究。综上,我们的研究结果充分表明BR信号参与了铝胁迫耐性的调控,该研究有望揭示植物耐铝性调控的分子信号通路,为进一步明确植物耐铝分子调控机制提供理论依据。