水稻硝酸盐同化与草酸积累的关系研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lohansun
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草酸普遍存在于植物、动物与微生物中,在植物中可参与病原菌入侵等生物胁迫与重金属等非生物胁迫,而对于人类乃至其他的动物来说草酸的含量也与其健康息息相关,因此了解植物中草酸的积累及其调控机理具有重要意义。已有大量研究表明草酸的积累与硝酸盐同化密切相关,故本研究首先利用硝酸还原酶(NR)干涉水稻对前人的结果予以进一步验证分析,并进一步创建水稻亚硝酸还原酶敲除和干涉材料,拟深入探讨硝酸盐同化过程中亚硝酸还原环节与草酸积累的关系及其机理。主要研究结果如下:(1)不同水稻品种间亚硝酸还原酶活性及草酸含量分析我们选取了二个已证明其亚硝酸还原酶(NiR)活性显著差异的水稻品种,即Kasalath与越光米,在确认其活性显著差异的基础上,进一步测定了其草酸含量。测定结果显示:当从木村B营养液转移至含3 m M NO3-营养液后,二种营养液培养条件中Kasalath的亚硝酸还原酶活性均为越光米的2倍左右。草酸含量在硝态氮处理前后差异不显著,而硝态氮处理3天后越光米中草酸的含量略高于Kasalath,为Kasalath的1.25倍。上述结果初步表明,这两个水稻品种中草酸的积累与亚硝酸还原酶活性无关。(2)亚硝酸盐处理对水稻植株中草酸含量的影响用终浓度为3 m M NO3-+1 m M NO2-和3 m M NO3-的营养液处理野生型和Ri NR植株。在野生型植株中,亚硝酸盐的加入使其草酸含量积累量下降,相较仅用3 m M NO3-处理的野生型中的草酸下降42%;而Ri NR植株中,用3 m M NO3-+1 m M NO2-和3 m M NO3-处理的植株中草酸含量均没有明显变化。亚硝酸盐的加入不能使Ri NR植株中草酸含量得到恢复。(3)组成型和诱导型NiR干涉水稻植株的构建从水稻亚硝酸还原酶OsNiR1和OsNiR2的蛋白信息比对发现,OsNiR2仅在N端比OsNiR1少95个氨基酸,其余部分与OsNiR1有97%的相似性。根据其两者m RNA的同源序列设计干涉片段,成功构建了组成型和诱导型干涉载体。但是在组织培养的过程中组成型干涉植株进入分化阶段的时间要比诱导型干涉植株要晚1.5-2个月。用荧光定量PCR筛选鉴定两转基因植株阳性株系,最终成功获得了组成型干涉株系RiNiR 4-1,RiNiR 5-2。(4)NiR干涉水稻植株中的亚硝酸还原酶活性与草酸含量检测在亚硝酸还原酶组成型干涉株系RiNiR 4-1,RiNiR 5-2中,亚硝酸还原酶酶活性相较野生型植株分别下降77%和82%,但是其草酸含量相较野生型植株则分别上升32%和27%。用诱导剂DEX处理NiR诱导型干涉植株后检测其NiR活性,结果表明野生型植株在1μM的DEX处理下亚硝酸还原酶活性下降了将近54%,表明DEX对NiR表达具有直接抑制作用;此外还发现,在没有诱导剂处理时诱导型NiR干涉植株中的NiR活性已显著低于野生型,如DEX-RiNiR 3-4、5-2、7-8(诱导效果有显著性的三个株系)分别比野生型低了83%,78%,56%,表明所使用的诱导型启动子的本底很大。
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