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高山离子芥(Chorispora bungeana Fisch&C.A.Mey)是一种具有很强抗寒能力的高山冰缘植物。本文以高山离子芥为实验材料,在不同温度下(4℃、0℃、-4℃)对其进行低温胁迫后,检测了NO产生途径,内源SA变化、NO对SA含量的影响,以及对CbFer,FRO1基因表达的信号途径进行了系统地研究。结果表明高山离子芥作为特有的高山冰缘植物对低温逆境的适应性机制主要表现在以下几个方面:
1.低温条件下,随着温度的降低,高山离子芥悬浮细胞内NO含量明显增强,其NO产生途径主要包括NOS、NR途径,且NOS、NR活性都与处理时间和处理强度呈正相关。
2.对高山离子芥低温逆境的适应过程中内源SA含量变化的研究结果表明,随着温度的降低SA含量逐渐增加。
3.实验结果表明高山离子芥内源SA对低温胁迫的应答是通过NO的调节起作用的,SA可作为低温诱导的NO的下游信号分子提高高山离子芥对低温胁迫的适应性。通过NO促进剂SNP,一氧化氮合酶(NOS)抑制剂LNNA,NO专一性猝灭剂PTIO及硝酸还原酶(NR)抑制剂NaN3处理研究高山离子芥NO及内源SA含量的变化,结果表明SNP诱发了高山离子芥悬浮细胞内NO及SA的合成积累,LNNA、PTIO抑制了细胞中NO及SA的合成积累,NaN3对SA影响效果不明显。
4.CbFer,FRO1基因的表达是高山离子芥传递低温信号的一个重要保护机制。运用Reverse Transcription-PCR技术扩增出高山离子芥FRO1,FRO2基因核心序列,与拟南芥三价铁还原酶基因同源性达到90%和83%。运用Real-time PCR分析检测了CbFer,FRO1基因在不同温度下(4℃、0℃、-4℃)的表达情况,发现CbFer,FRO1基因的表达与温度密切相关,对温度变化反应敏感。
5.缺铁处理和富铁处理在不同程度上都促进了CbFer,FRO1基因的表达。但缺铁处理对CbFer,FRO1基因表达的促进作用更加明显。这说明,铁对CbFer,FRO1基因的表达具有重要的调控作用。
6.通过NO促进剂SNP,一氧化氮合酶(NOS)抑制剂LNNA,NO专一性猝灭剂PTIO及硝酸还原酶(NR)抑制剂NaN3处理研究高山离子芥高山离子芥悬浮细胞CbFer,FRO1基因表达表明,SNP诱发了高山离子芥悬浮细胞内CbFer,FRO1基因在转录水平的表达,LNNA、PTIO、NaN3抑制了细胞中CbFer,FRO1基因在转录水平的表达。显示了一氧化氮在不同的温度条件下对该蛋白重要的调节功能。综上所述,低温条件下不同途径产生的一氧化氮对高山冰缘植物抗寒适应性的建立有诱导作用。NO介导的内源SA的产生积累,CbFer,FRO1基因的诱导表达是其低温适应性机制中的重要组成部分。