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干旱胁迫严重影响植物的生长发育,造成作物产量和质量的下降。大量的研究表明,干旱胁迫下植物一氧化氮合成酶(Nitric Oxide Synthase, NOS)活性的提高对气孔保卫细胞中一氧化氮(Nitric Oxide, NO)积累和气孔关闭具有重要作用。然而,高等植物中的一氧化氮合成酶基因至今还没有被鉴定出来,并且其活性的调节机制也不清楚。本研究通过筛选酵母突变体和异源基因功能互补的方法鉴定到WDR5a是调控植物NOS活性的一个重要因子,突变体分析表明该基因是通过改变气孔保卫细胞中一氧化氮的积累和气孔运动参与了植物干旱胁迫应答的过程。主要研究结果总结如下：1.我们筛选到19个H202处理下一氧化氮积累和细胞凋亡均被抑制的酵母突变体,其中一个对酵母一氧化氮合成酶活性具有显著调控作用的是TUP1。我们的结果显示,4 mM H2O2处理野生型酵母和Δtupl突变体30分钟后,野生型酵母中一氧化氮积累明显升高,而突变体中的一氧化氮积累量显著低于野生型,并且H202诱导的细胞凋亡在突变体中也被抑制,表明TUP1参与了H202诱导酵母一氧化氮的积累和细胞凋亡。2.通过使用NOS活性检测试剂盒,我们检测了野生型酵母和Δtup1突变体在对照和H202处理后的NOS活性。我们发现H202处理后野生型酵母中NOS活性显著提高,但是在突变体中H202对NOS活性的诱导作用却被明显的抑制,表明TUP1是通过改变酵母的NOS活性进而调控H2O2诱导一氧化氮的积累和细胞凋亡。3.通过蛋白同源序列比对的方法,我们鉴定出拟南芥WD40-REPEAT 5a (WDR5a)为酵母TUPl的同源基因。通过酵母功能互补的实验,本研究发现拟南芥的WDR5a基因在酵母Δtup1中表达可以回复突变体在H202处理下被抑制的NOS活性,使得一氧化氮积累和细胞凋亡,这些结果表明TUP1/WDR5a在调控酵母和拟南芥NOS活性方面具有功能上的保守性。4.通过对wdr5a功能缺失突变体的分析,我们发现ABA和H2O2诱导野生型保卫细胞中一氧化氮的积累和气孔关闭这两个过程在突变体中受到明显抑制,表明WDR5a参与了ABA和H2O2诱导的一氧化氮积累和气孔运动过程。NOS活性的检测实验表明,突变体的NOS活性在H2O2诱导下与野生型相比显著下降。通过对精氨酸含量的检测,发现突变体和野生型中的精氨酸含量没有显著性差异,表明突变体中降低的一氧化氮积累不是由于NOS底物精氨酸的匮乏所致,而是因为NOS活性受到了抑制。5. 由于一氧化氮介导的气孔关闭在植物的干旱胁迫应答中具有重要作用,我们检测了野生型和wdr5a突变体离体叶片的失水率。结果显示突变体的叶片具有较快的失水率,暗示突变体的气孔在干旱条件下不能正常关闭。红外摄像技术分析物体表面温度,我们发现干旱处理下wdr5a突变体的叶表面温度低于野生型,表明突变体叶片水分散失比野生型快,暗示突变体气孔关闭异常。本研究对气孔开度的检测实验表明,干旱条件下突变体的气孔关闭程度明显小于野生型,并且突变体的叶片更加萎蔫褶皱,表明WDR5a通过调控干旱胁迫下气孔的关闭来增强植物对干旱胁迫的耐受。6.经定量PCR检测对照和干旱处理条件下的野生型和wdrSa突变体中干旱胁迫应答基因KIN1, KIN2, RD22, RD29A和RD29B的表达,我们发现这些胁迫相应基因的表达在突变体中受到了显著抑制,表明WDR5a可能也通过调控一氧化氮的含量改变植物干旱状态下胁迫应答基因的表达。