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土壤干旱、盐碱以及极端温度与湿度严重影响着作物的生长与产量形成。植物激素ABA不仅在植物生长与发育过程中有着重要调节作用,而且在调节植物体内水分平衡与对渗透胁迫的抗性方面也起着重要的信号分子功能。通过遗传筛选寻找ABA信号转导途径中的关键调控元件对于进一步阐明植物适应环境胁迫的分子与生理机制有着重要意义。在拟南芥中已经得到许多抗旱性发生改变的突变体,但多数突变体由于植株生长发育或生长周期发生改变而难以最终应用于作物改良。我们利用激活标签技术构建了约20,000株拟南芥突变体库并从中筛选到一株抗旱突变体。该突变体在正常生长条件下形态大小及生育周期与野生型相同,表明突变位点对植株生长发育没有影响。同时,该突变体在种子萌发阶段对ABA不敏感,因而命名为dail(drought tolerant and ABA insensitivel)。dail耐盐性明显增强,在NaCl胁迫下积累了较少的Na+与较多的K+,维持了较高的K+/Na+比值。遗传分析表明dail为隐性单基因突变并且抗旱耐盐性与抗除草剂共分离。
本研究通过TAIL-PCR,分别获得含有与T-DNA左臂相连的拟南芥第2号染色体上紧密相连但方向相反的两个DNA片段,表明dail植株包含有两个紧密相连但方向相反的T-DNA插入,分别位于基因At2g25730上游171bp与Atg25735下游1967bp,两个插入位点相距192bp。通过Southern杂交进一步验证了dail植株包含两个T-DNA插入。dail与野生型植株分别经ABA与NaCl处理后通过RT-PCR检测了插入位点附近基因的表达,结果表明野生型植株经胁迫处理后基因At2g25730的表达明显上升而突变体dail植株经胁迫处理后基因At2g25730的表达未见增加。从拟南芥资源中心获得的该基因的插入突变体耐盐性同样增强。以上结果暗示着At2g25730启动子区可能是由于T-DNA的插入导致其表达不能为逆境胁迫所诱导从而增强了dail植株对干旱、盐及ABA的耐受性。这与遗传分析揭示dail为一隐性突变的结果相一致。在拟南芥、水稻与动物体内DAI1均为单拷贝基因,同时拟南芥DAI1蛋白与水稻及动物体内DAI1蛋白皆具较高同源性,而有趣的是,DAI1缺失的水稻转基因株系抗逆性下降。根据功能预测,DAI1为一巨大膜蛋白,具8-10个跨膜结构域,并具ABC转运蛋白结构域。干热风是田间自然条件下经常发生的一种气象灾害,常常造成作物叶片萎蔫,严重影响了作物的产量。虽然国内外对植物抗旱抗盐及耐高温等逆境胁迫有着广泛而深入的研究,但对植物适应与抵御干热胁迫的分子与生理机制尚知之甚少。从200.000株拟南芥EMS突变体库中筛选到一株抗干热突变体hat1(harmattan tolerant 1)。在正常生长条件下,hatl与野生型在植株生长发育及土壤抗旱性方面均无差异。但在高温(42℃)与低湿(10-15%)条件下,野生型1天后便干枯死亡而hatl可以继续生长6天。在干热条件下,hatl根长显著增加,而气孔开度与叶片失水速率均明显降低,并呈现气孔下陷,从而保持了较好的水分平衡,土壤抗旱性也同时增强。另外,在正常条件下,hatl各生育时期均对ABA超敏感且耐盐性增强,NaCl处理后hatl植株积累了较少的Na+与较多的K+。遗传分析表明hatl为显性单基因突变,初定位结果显示HAT1位于拟南芥第5号染色体的168Kb范围内。根据基因芯片的结果,该区域内有21个基因的表达受干旱、盐、低温、热与ABA胁迫的调节。