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非生物胁迫(Abiotic stress)是指在特定环境下,任何能够对植物造成不利影响的非生物因子。它能够导致生态环境恶化,造成农作物的大量减产,目前已经成为亟待解决的粮食问题之一。在这些非生物胁迫因素中,盐渍及水分胁迫是影响植物生长发育状况的首要因素。因此,研究植物在水分过多或者过少及盐渍条件下的响应,从而对其进行合理的调控,是实现农业节水,提高作物产量的前提,具有重要的社会价值意义。在植物防卫及响应逆境胁迫应答的过程中,转录因子(Transcription factors,TF)起到了重要的调节作用。它们可以与靶向基因启动子区域中的顺式作用元件(Cis-actingelement,CE)发生特异性结合,通过与其它相关蛋白之间的相互激活或者抑制转录作用,从而实现下游基因表达的调节,使植物达到适应环境的目的。在与植物抗逆相关转录因子的研究中,越来越多的证据表明植物激素相关的转录因子也参与到了这个过程中。 目前,关于植物在盐胁迫(Salt stress)、淹水胁迫(Flooding stress)及水分胁迫(Water stress)的研究主要集中在植物的生理和生态方面,对于转录水平上是植物细胞内部如何进行调节并参与抗逆响应途径还知之甚少。基于此,本课题以Micro-Tom番茄(Solanum lycopersicum)作为模式植物,主要分析了生长素响应因子(Auxin response factor,ARF)(18个),生长素早期响应基因(Auxin/indole-3-acetic acid,Aux/IAA)(19个)及乙烯响应因子(Ethylene-responsive factor,ERF)(27个)家族的成员在盐胁迫、淹水胁迫及水分胁迫下的表达模式,筛选出在逆境胁迫条件下表达受到诱导或者抑制的基因。之后,又进一步探讨番茄中超表达LeERF1及LeERF2在盐胁迫下的作用机制。在不同NaCl浓度下对超表达LeERF1及LeERF2番茄及野生型番茄表型进行比较,同时检测了一系列生理生化指标,包括叶绿素,丙二醛(Malondialdehyde,MDA),游离脯氨酸(Proline,Pro)的含量以及超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)的活性。此外,通过荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR,qRT-PCR),我们还分析了不同NaCl浓度下野生型番茄及转基因番茄中盐胁迫下游响应基因表达模式的变化。其中包括TAS14、HVA22、LHA1、PR5和ROBHC基因。本部分研究旨在为深入阐明番茄抗盐的分子信号转导途径研究,筛选植物耐盐性的候选基因奠定一定的基础。主要研究内容和结论如下: ①在盐胁迫、淹水胁迫及水分胁迫下,ARF、Aux/IAA及ERF三大家族中绝大部分成员在根中对胁迫的响应比叶片中更为敏感。 ②在三种胁迫下,番茄中大部分LeARFs基因在胁迫下均有响应,包括表达量发生了上调或者下降。其中,LeARF1、LeARF2与LeARF7的变化最为显著。 ③在三种胁迫下,番茄中大部分 LeIAAs基因的表达受到了调控。其中,表达量变化较大的有LeIAA1、LeIAA12与LeIAA29等,它们分别受到了不同程度的诱导或者抑制。 ④在三种胁迫下,番茄叶片中部分 LeERFs成员的表达模式发生了改变,其中,变化较大的有LeERF1、LeERF2、LeERF9、LeERF28及LeERF30,通过胁迫诱导或者抑制,使其表达量发生了上调或者下调。 ⑤通过对盐胁迫下野生型番茄及超表达LeERF1和LeERF2转基因番茄中的生理指标进行测定,发现超表达LeERF1及超表达LeERF2番茄能够增强植物细胞内叶绿素及游离脯氨酸的释放,但是均含有较低浓度的MDA。同时,转基因番茄中SOD及POD的活性更加高。这些结果说明了超表达LeERF1及LeERF2能够增加番茄植株的耐盐性,在植物抗逆的分子信号响应途径中起到正调控的作用。 ⑥对野生型番茄及超表达LeERF1和LeERF2转基因番茄中与盐胁迫相关的下游响应基因进行qRT-PCR分析,结果表明,LeERF1及LeERF2与其它盐胁迫相关基因之间可能存在一个复杂的调控关系。在转基因番茄株系中,LeERF1及LeERF2丰度上调,从而导致番茄植株对盐胁迫的耐盐性增加。这说明了与野生型番茄植株相比,LeERF1及LeERF2在植物抗盐过程中发挥了正调控的作用,对研究植物抗盐甚至抗逆性过程都提供了重要的依据。