渗透胁迫诱导的钙信号通路组分挖掘及OSCA基因家族功能研究

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外界环境中水分可利用率影响植物生长发育和新陈代谢的方方面面,环境水分缺失会产生干旱胁迫,干旱胁迫会导致植株水分缺失甚至死亡。因此研究植物响应干旱胁迫的信号通路对提高植物抗旱能力和作物产量具有重要意义。植物中的胁迫感受器大多是离子通道、受体及其相关膜蛋白。植物响应渗透胁迫最早的事件是钙信号;研究者通过植物活体钙成像技术筛选渗透胁迫响应缺陷型突变体,鉴定出了植物中第一个渗透感受器OSCA1;已有研究证明渗透感受器OSCA1是一个非选择性阳离子通道蛋白;那么是否还存在其他感受器相关蛋白?本研究利用植物活体钙成像技术,对植物响应渗透胁迫的其他感受器相关蛋白进行挖掘。对实验室已有的拟南芥渗透胁迫钙信号响应缺陷型候选突变体进行了筛选,得到了突变体2h9,2h9对短期渗透胁迫的响应能力显著低于野生型,表型稳定可遗传。在活性氧胁迫和低温胁迫下,2h9突变体在钙信号响应水平与野生型无差异,证明2h9突变体对短期渗透胁迫响应缺陷具有特异性。在长期渗透胁迫条件下,突变体2h9的植株生长和种子萌发均受到明显抑制。利用全基因组二代重测序技术,辅助使用分子标记进行目的基因图位克隆,选定了三个候选基因。其中一个候选蛋白RAB,在拟南芥幼苗叶脉、根尖和分生组织表达,不能恢复突变体2h9不响应渗透胁迫的表型;关于另外两个蛋白是否能恢复突变体2h9不响应渗透胁迫的表型,实验正在紧张进行中。拟南芥中OSCA家族是机械敏感性离子通道蛋白,包含15个蛋白质成员,这些渗透胁迫相关的蛋白质成员是否在植物响应长期渗透胁迫时发挥功能?本研究以OSCA家族的15个T-DNA突变体为实验对象进行土壤干旱胁迫实验。在土壤长期干旱胁迫条件下,与野生型相比,三个OSCA基因家族T-DNA插入突变体osca1、osca-k和osca-n表现为在植株生长上对干旱胁迫更敏感,说明OSCA1、OSCA-K和OSCA-N同时作用于植物对长期渗透胁迫的响应过程。进一步的实验证明,在土壤长期干旱胁迫条件下,与野生型相比,osca-k和osca-n的双突变体也对干旱胁迫更敏感,表型稳定。接下来会继续研究OSCA家族成员OSCA1、OSCA-K和OSCA-N在植物对长期干旱胁迫产生适应性和抗性中发挥的作用。
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