局部硝酸鹽誘導(dǎo)玉米根系基因表達(dá)的微陣列分析.pdf

1、植物根系可以對(duì)土壤養(yǎng)分做出響應(yīng)，通過(guò)相應(yīng)的生理與形態(tài)變化以適應(yīng)土壤環(huán)境的變化。在局部硝酸鹽供應(yīng)條件下，根系的重要反應(yīng)之一是側(cè)根生長(zhǎng)發(fā)育受到促進(jìn)，但其機(jī)理仍不清楚。以玉米自交系478為材料，本研究首先建立了用于研究根系對(duì)局部供氮反應(yīng)的水培分根培養(yǎng)體系，在此基礎(chǔ)上，利用美國(guó)NSF項(xiàng)目開發(fā)的含57425個(gè)longO1igonucelotide的玉米基因芯片(包涵30000多個(gè)可確定的玉米基因)，以不供氮素為對(duì)照，分析了短期(1h)及長(zhǎng)期(3d

2、)局部硝酸鹽誘導(dǎo)玉米根系的基因表達(dá)譜。對(duì)所得上調(diào)表達(dá)基因功能分類，并對(duì)6個(gè)激素相關(guān)基因進(jìn)行RT-PCR驗(yàn)證。主要結(jié)果如下： (1)局部硝酸鹽可以刺激側(cè)根伸長(zhǎng)，但不影響側(cè)根密度，pH5或pH7對(duì)刺激效果沒有影響，局部供應(yīng)相同濃度的銨不能顯著促進(jìn)側(cè)根伸長(zhǎng)及密度。說(shuō)明，硝酸鹽本身可以調(diào)節(jié)根系發(fā)育。 (2)局部硝酸鹽處理1h后，共有200個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，主要包括激素相關(guān)基因(4個(gè))、細(xì)胞分化與生長(zhǎng)基因(5個(gè))、ROS及電子傳遞基

3、因(16)、跨膜運(yùn)輸基因(12)、呼吸與碳氮代謝基因(31)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因(20)、逆境反應(yīng)基因(1)、其它功能基因(37)和未知功能基因(80)。說(shuō)明局部硝酸鹽可以在很短的時(shí)間內(nèi)就能誘導(dǎo)大量根內(nèi)基因的表達(dá)，并且植物這種早期的響應(yīng)主要集中在細(xì)胞壁以及細(xì)胞骨架相關(guān)的一些變化。 (3)局部硝酸鹽處理3d后，共有485個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，也是主要包括上述幾類，依次有8、14、14、8、24、25、21、134、237個(gè)。與1h相比，3d后

4、上調(diào)基因更多更復(fù)雜，尤其是有大量未知功能基因受到誘導(dǎo)，說(shuō)明局部硝酸鹽長(zhǎng)時(shí)間誘導(dǎo)后，植物體內(nèi)的變化更為復(fù)雜，形成的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)更為龐大。 (4)RT-PCR驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明：生長(zhǎng)素響應(yīng)因子7b在硝酸鹽誘導(dǎo)3d后表達(dá)明顯上調(diào)；同為乙烯受體的TM00034403和TM00042292的表達(dá)模式相同，都表現(xiàn)為1h后下調(diào)，3d后上調(diào)；CKX2在硝酸鹽誘導(dǎo)lh后表達(dá)沒有變化，在誘導(dǎo)3d后，供給硝酸鹽和對(duì)照一側(cè)的表達(dá)也沒有差異，但是，值得注意的是，無(wú)

5、論是有硝酸鹽供應(yīng)的一側(cè)還是對(duì)照一側(cè)，1h后的表達(dá)要比3d明顯高出很多。 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文認(rèn)為，局部硝酸鹽誘導(dǎo)的側(cè)根生長(zhǎng)過(guò)程涉及一系列基因參與的協(xié)調(diào)過(guò)程，硝酸鹽可能通過(guò)生長(zhǎng)素及乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分裂素水平的下調(diào)、細(xì)胞壁特性的改變等過(guò)程調(diào)節(jié)側(cè)根細(xì)胞的分裂與伸長(zhǎng)；通過(guò)糖分的運(yùn)輸、氮同化活性及呼吸活性增強(qiáng)使被刺激部分形成一個(gè)同化物的“庫(kù)”，二者的結(jié)合促進(jìn)了側(cè)根的生長(zhǎng)。對(duì)相關(guān)基因的原位表達(dá)分析，有助于深入了解局部硝酸鹽刺激側(cè)根生長(zhǎng)的