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地球表面UV-B辐射随着臭氧层耗损而增强。UV-B调控植物的光形态建成,影响植物的生长和发育,导致大量农作物减产。植物对UV-B辐射增强的适应性反应及UV-B辐射对植物生长发育的伤害机理并不十分清楚,是急需解决的重要科学问题。
为进一步探究植物对UV-B辐射的响应,本文以模式植物拟南芥野生型(Col-0)和rcd1-1突变体为实验材料进行了研究。近年来研究证实,rcd1-1突变体对臭氧和ROS,尤其对质外体超氧阴离子自由基十分敏感,对甲基紫精(MV)具有一定的抗性,然而UV-B辐射对该突变体的影响有待深入研究。本研究发现,虽然在正常培养条件下,野生型生长比突变体长的更加旺盛,但野生型对UV-B辐射更加敏感。具体表现为:经过UV-B辐射处理后,野生型的相对含水量下降的更加明显而且质膜透性增加更加显著;UV-B辐射诱导细胞膜发生膜脂过氧化作用,导致丙二醛大量积累,野生型相对于rcd1-1突变体膜脂过氧化程度更严重,丙二醛含量更多;可溶性蛋白质降低,野生型的可溶性蛋白质下降幅度更显著。以上结果表明,UV-B辐射对rcd1-1突变体造成生理损伤程度显著低于对野生型造成的损伤。此外,UV-B辐射诱导rcd1-1突变体积累更多的紫外吸收化合物——花色素苷,花色素苷能够过滤掉一部分紫外线,减少对自身组织的伤害,此现象表明rcd1-1突变体对UV-B辐射有更强的自我保护能力,进一步说明rcd1-1突变体较野生型对UV-B辐射的抵抗性更强。
基因表达的检测结果显示,UV-B辐射后,ANAC013和UNE10在突变体中表达量比野生型低,而RCD1基因在突变体中表达量高,这表明RCD1基因可能负调节ANAC013和UNE10基因的表达。此外,光合系统Ⅱ的psbA基因经UV-A辐射后在野生型和rcd1-1突变体都略有提高,说明适当的UV-A辐射有利于促进植物的光合作用,而经UV-B辐射后野生型中psbA基因的基因表达量降低,rcd1-1突变体中的psbA基因表达量与对照相比略微上升,表明UV-B辐射对rcd1-1突变体光合系统Ⅱ损伤更小,从而进一步证实rcd1-1突变体对UV-B辐射具有抗性。
为研究RCD1基因在UV-B信号途径中的功能,本文通过将RCD1基因与植物表达载体pBEGFP构建重组质粒pBEGFP-RCD1,并采用农杆菌滴染拟南芥花絮的方法转化拟南芥构建了拟南芥RCD1超表达体。并进一步验证了RCD1基因已插入拟南芥基因组中并且得到了表达,为下一步研究RCD1基因在UV-B信号转导中的作用奠定了基础。