【摘 要】
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种子萌发对外界环境条件的要求十分严格,遭遇异常气候会降低种子的生命力,导致种子破胸困难,萌发率低,发芽不齐等,直接影响后续的生长,给农业生产带来严重影响。海藻糖(Tre)和蔗糖(Suc)作为碳源和渗透保护剂,在植物生长发育和耐逆反应中起着重要作用,大量研究也表明Tre和Suc会影响种子萌发。脱落酸(ABA)是调控种子休眠与萌发的主要激素之一,它的合成与降解受多种因素影响,围绕ABA上下游参与调控种
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种子萌发对外界环境条件的要求十分严格,遭遇异常气候会降低种子的生命力,导致种子破胸困难,萌发率低,发芽不齐等,直接影响后续的生长,给农业生产带来严重影响。海藻糖(Tre)和蔗糖(Suc)作为碳源和渗透保护剂,在植物生长发育和耐逆反应中起着重要作用,大量研究也表明Tre和Suc会影响种子萌发。脱落酸(ABA)是调控种子休眠与萌发的主要激素之一,它的合成与降解受多种因素影响,围绕ABA上下游参与调控种子萌发的机理研究已有大量报道,但对于ABA与Tre/Suc在调控种子萌发中的互作机制研究尚未有详细报道。为了揭示Tre/Suc参与调控水稻种子萌发的具体机制,本研究使用中花11(ZH11)作为研究材料,研究了ABA、Tre和Suc对水稻种子萌发期各生理指标和相关基因表达量的影响,揭示三者在调控种子萌发过程中的可能互作机制。此外,本研究还筛选并构建了Os TPP5的过表达载体和CRISPR/Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化获得过表达和敲除转基因株系,初步构建海藻糖参与调控水稻种子萌发的分子机理研究。研究结果如下:(1)分析了各种激素、Tre和Suc对水稻种子萌发率的影响,结果表明,高浓度Tre和Suc对水稻种子萌发都有显著抑制效果,但该抑制效果可被外源赤霉素(GA)缓解。水稻种子萌发受ABA抑制最为严重,且ABA与高浓度Tre或Suc共处理可进一步抑制种子萌发,暗示Tre或Suc在抑制种子萌发过程中处于ABA和GA信号上游。(2)ABA降解基因缺失的突变体种子中ABA含量升高导致萌发受到抑制,突变体对Tre和Suc的处理表现更为敏感,且Tre/Suc处理下的突变体种子中可溶性糖含量显著低于野生型,最终萌发率也显著低于野生型种子,表明Tre和Suc可能通过ABA介导抑制水稻种子内可溶性糖的含量并最终影响种子萌发。(3)进一步激素含量测定表明Tre和Suc处理导致种子中ABA含量高于对照种子,q RT-PCR分析ABA合成基因的表达水平发现Tre和Suc处理后种子内ABA合成基因Os NCED3,Os NCED5表达量显著上调,而氟啶酮共处理则可以缓解Tre和Suc对水稻萌发的抑制作用,说明Tre和Suc促进了种子内源ABA合成。(4)ABA和海藻糖处理均提高了Os TPS和Os TPP基因的表达量,加快了海藻糖代谢途径的流速和6-磷酸海藻糖(T6P)含量。tpp1敲除突变体萌发显著慢于野生型,其Os Sn RK1表达量相较于野生型下调明显,说明T6P积累抑制了蔗糖非发酵1型相关蛋白激酶(Sn RK1)活性,从而抑制种子萌发。此外通过农杆菌介导遗传转化获得Os TPP5基因的过表达和敲除纯合系,初步萌发实验表明Os TPP5表达量最高的株系萌发速度高于野生型种子,说明Os TPP5可能参与种子萌发正调控。综上所述,本研究通过对ABA、Tre和Suc处理下水稻种子内多种生理指标的检测,证明Tre和Suc诱导水稻内源ABA合成,加速T6P积累,从而抑制Sn RK1活性,阻碍可溶性糖合成,最后抑制萌发率。
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