O2__和MAPK信號調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長發(fā)育的機制.pdf

1、根系的生長發(fā)育具有很大的可塑性，受到內(nèi)部遺傳因子和外部環(huán)境因子共同調(diào)節(jié)。O2??和MAPK是植物體內(nèi)重要的信號分子，參與生長發(fā)育、細胞分裂、脅迫應答等眾多過程。鎘脅迫抑制作物生長，適量的鋅能減輕鎘對作物的傷害。本實驗旨在以水稻（Oryza sativa L.，中花11號)為材料研究O2??和MAPK信號調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長發(fā)育的分子機制。
　　1.O2??調(diào)節(jié)鎘鋅互作水稻根系生長發(fā)育的機制實驗分析了CK、Cd、Cd+Zn、Cd

2、+Zn+DDC（SOD抑制劑）和Cd+Zn+Tiron（O2?–清除劑）5種處理對水稻根系生長發(fā)育和基因表達的影響。結(jié)果顯示，添加鋅減少了鎘的吸收；Cd+Zn與 Cd+Zn+DDC類似促進了根系尤其是側(cè)根的伸長生長和數(shù)量的增加；Cd+Zn+Tiro n顯著抑制了根系的生長發(fā)育。通過半定量RT-PCR，從轉(zhuǎn)錄水平綜合分析了不同發(fā)育時期 OsMAPK基因家族、生長素相關(guān)基因家族（OsPINs、OsPID、OsARFs和OsIAAs）和細胞周

3、期核心基因家族（共147個基因）在上述處理條件下表達的變化。結(jié)果表明，處理9天時，有115個基因的表達發(fā)生了變化，其中受Cd、Cd+Zn和O2?–（包括Cd+Zn+DDC或Tiron）調(diào)節(jié)的基因分別為64、66和87個；處理13天時，有117個基因的轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)或下調(diào)，其中受 Cd、Cd+Zn和O2?–（包括Cd+Zn+DDC或 Tiron）調(diào)節(jié)的基因分別為66、67和74個。不同處理對基因表達的調(diào)節(jié)存在交叉和重疊現(xiàn)象，如在9天和13天

4、時分別有28和24基因的表達受到 Cd、Cd+Zn和O2?–的共同調(diào)節(jié)。這些結(jié)果表明，鋅對鎘脅迫水稻根系的調(diào)節(jié)與 O2?–有關(guān)，O2?–可能通過調(diào)節(jié) MAPK、生長素和細胞周期基因的表達參與了鎘鋅互作水稻根系生長的調(diào)節(jié)。
　　2 MAPK信號調(diào)節(jié)鎘及鎘鋅互作水稻根系生長發(fā)育的機制實驗
　　分析了在 CK、CK+PD(MAPKK抑制劑，PD98059)、Cd、Cd+PD、Cd+Zn、Cd+Zn+PD6種條件下水稻根系生長發(fā)育和

5、基因表達的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與無PD相比，添加PD后從不同程度上影響了CK、Cd和Cd+Zn處理根系的生長。利用半定量RT-PCR分析了PD對OsMAPKs基因、生長素相關(guān)基因（OsPINs、OsPID、OsA RFs和OsIAAs）和細胞周期核心基因家族在轉(zhuǎn)錄水平上表達的影響。結(jié)果顯示，與無 PD相比，在被檢測的129個基因中，受 PD正/負調(diào)控的基因在 CK、Cd和Cd+Zn條件下分別有78、71和64個。我們的數(shù)據(jù)顯示，在這3種處理

6、條件下，MAPK信號途徑可能通過調(diào)控上述相關(guān)基因的表達而參與了根系生長的調(diào)節(jié)。
　　總結(jié)論：本研究表明，鎘及鎘鋅互作條件下根系生長發(fā)育的調(diào)節(jié)是一個復雜的過程，MAPK、O2?–和生長素信號及細胞周期因子參與了根系生長的調(diào)節(jié)，MAPK、O2?–和生長素信號在根系生長調(diào)節(jié)過程中可能存在交互作用，并且這種交互作用在不同發(fā)育時期也存在差異。實驗結(jié)果還顯示，不同處理條件下MAPK信號對根系生長和基因表達的調(diào)節(jié)存在差異，說明 MAPK信號調(diào)節(jié)