【摘 要】
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碱性土壤占全球土壤总面积约30%,而碱性土壤中铁溶解度极低,植物可摄取铁元素减少进而影响植物生长和发育,并通过食物链最终影响人类健康,因此研究植物对缺铁胁迫的响应机制具有重要理论意义和应用价值。本论文以拟南芥线粒体苹果酸脱氢酶mMDH2基因为研究对象,探究其在缺铁胁迫中的功能及作用机制,为作物矿质营养分子育种提供新的基因资源和技术途径。主要研究结果如下:1、为研究mMDH2基因是否被缺铁胁迫诱导,
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碱性土壤占全球土壤总面积约30%,而碱性土壤中铁溶解度极低,植物可摄取铁元素减少进而影响植物生长和发育,并通过食物链最终影响人类健康,因此研究植物对缺铁胁迫的响应机制具有重要理论意义和应用价值。本论文以拟南芥线粒体苹果酸脱氢酶mMDH2基因为研究对象,探究其在缺铁胁迫中的功能及作用机制,为作物矿质营养分子育种提供新的基因资源和技术途径。主要研究结果如下:1、为研究mMDH2基因是否被缺铁胁迫诱导,将PromMDH2-GUS转基因植株进行GUS染色分析,发现在缺铁胁迫下转基因幼苗染色明显深于对照,定量PCR结果也表明mMDH2基因在缺铁胁迫下被诱导表达。2、与野生型（WT）相比,拟南芥功能缺失突变体mmdh2-1和mmdh2-2对缺铁胁迫更敏感,而35S:mMDH2过表达植株对缺铁胁迫更耐受,表明mMDH2基因参与拟南芥对缺铁胁迫的响应的调控。3、DAB染色及过氧化氢含量测定表明,缺铁胁迫条件下mmdh2突变体DAB染色显著深于WT,且其H2O2含量也高于WT,而35S:mMDH2过表达植株中的H2O2含量低于WT,推测mMDH2基因可能通过信号分子H2O2参与缺铁胁迫调控。4、通过荧光定量PCR实验分析WT和mmdh2突变体中缺铁胁迫相关基因的表达,发现IRT1、FRO2和NAS2基因转录水平无显著差异,而在缺铁胁迫下mmdh2突变体中NAS4基因转录水平显著低于WT,表明mMDH2基因可能部分通过调节NAS4基因的表达来调控拟南芥对缺铁胁迫的响应。5、分析缺铁胁迫下WT、mmdh2突变体和35S:mMDH2过表达植株根和茎中的铁含量及其比例,发现mmdh2突变体根和茎中的铁含量均低于WT,但其铁含量根茎比却高于WT;35S:mMDH2过表达植株根和茎中的铁含量均高于WT,而其铁含量根茎比低于WT,表明mMDH2基因可能通过调控铁转运基因的表达来调节拟南芥体内的铁含量并以此响应缺铁胁迫。6、测定缺铁胁迫下mMDH2基因功能的缺失对植物体内三羧酸循环的影响:与WT相比,缺铁胁迫下,mmdh2突变体中的OAA和NADH含量均显著下降,而35S:mMDH2过表达植株中的含量则显著上升。推测mmdh2突变体的缺铁敏感表型可能与OAA有关。7、在分别添加了200μM OAA和Asp的缺铁培养基上,mmdh2突变体的缺铁敏感表型得到了恢复,而OAA和Asp又是合成NA的前体物质,推测mMDH2基因对缺铁调控的响应有可能是部分通过影响NA的合成来实现的。综上所述,mMDH2基因正向调控缺铁胁迫响应,其机制可能是通过调控NAS4基因的表达以及影响NA的合成,进而提高拟南芥对缺铁胁迫的耐受。
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