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糊粉层细胞是一个特异性响应植物激素赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)调控相关基因表达和程序性细胞死亡的模式系统。种子萌发是涉及胚和胚乳之间双向相互作用的系统性应答,在种子萌发过程中,胚分泌信号到胚乳以诱导种子储备物的降解并使胚乳功能减弱,同时胚乳可以感知环境信号并且产生和分泌信号以调节胚的生长,糊粉层中合成的水解酶被分泌到淀粉胚乳中用于降解其中存储的营养物质。糊粉层合成水解酶,随后进入程序性细胞死亡(PCD)。程序性细胞死亡是生命的基本历程,在动植物发育、分化、维持组织内稳态和免疫系统中发挥着重要作用。近年来的研究表明活性氧(ROS)是基因激活的重要信号,在植物生长发育、应对生物和非生物环境胁迫和程序性细胞死亡中发挥重要的信号传导作用。在表观遗传学领域,基于非基因序列改变所导致基因表达水平变化的调控已经成为新的研究热点。组蛋白的翻译后修饰不仅与染色体的重塑和功能状态紧密相关,而且在决定细胞命运和细胞生长等过程中发挥重要的作用。组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)共同作用调控组蛋白乙酰化,并且可以激活特定基因的转录过程。尽管如此,关于玉米种子萌发过程中基因表达和程序性细胞死亡的分子表观调控机制的研究至今还是寥寥无几。对萌发过程中基因表达和程序性细胞死亡过程中染色质修饰的功能研究不仅可以揭示各种染色质修饰或者染色质修饰酶的功能多样性,而且还能加深人们对种子萌发过程中基因表达和程序性细胞死亡分子调控网络的理解。本论文主要以玉米糊粉层为材料研究种子萌发过程中基因表达和程序性细胞死亡的分子调控网络、表观修饰调控、活性氧调控,试图揭示种子萌发过程中基因表达和程序性细胞死亡过程中染色质修饰的功能以及染色质修饰和活性氧调控之间的关系。得出以下实验结论:1.组蛋白乙酰化参与玉米糊粉层中GA调节的sodCp基因的表达谷物糊粉层在种子萌发过程中发挥重要作用,ROS是其中关键的信号分子。最近的研究表明,表观遗传修饰参与植物发育和种子萌发。然而,在谷物种子萌发过程中,关于糊粉层中的组蛋白修饰和ROS信号通路之间的联系还知之甚少。我们的研究发现,在种子萌发过程中,HATs和HDACs基因的表达量增加,伴随着玉米糊粉层中组蛋白H3K9ac和H4K5ac修饰含量的增加。GA促进玉米种子萌发,ABA抑制种子萌发。GA和ABA还影响了组蛋白乙酰化:GA处理后玉米糊粉层中组蛋白乙酰化修饰含量增加,而ABA处理抑制玉米糊粉层组蛋白乙酰化含量的增加。但是,当用HDAC抑制剂曲古抑菌素A(TSA)处理后,种子萌发受到抑制,而糊粉层中H3K9ac和H4K5ac修饰含量增加。这些结果表明玉米萌发过程伴随着糊粉层中组蛋白整体乙酰化修饰含量的增加,但这种增加并不是种子萌发所必需的。过氧化氢(H202)在种子萌发过程中发挥重要作用,调节糊粉层中α-淀粉酶的产生。玉米种子萌发过程中催化H202的超氧化物歧化酶(SOD)的活性上调,分解H202的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)保持低水平。GA处理后种子糊粉层中SOD活性更高,CAT和POD保持低水平。糊粉层中这些酶活的变化解释了玉米种子萌发过程中H2O2的积累。在种子萌发过程中,GA处理的糊粉层中H2O2含量增加,α-淀粉酶活性增强。相反,ABA和TSA处理的种子糊粉层中α-淀粉酶活性保持较低水平。GA,ABA和TSA处理种子后,糊粉层中ROS相关基因sodCp的表达量截然不同,GA处理后玉米糊粉层中sodCp基因表达量升高,ABA和TSA处理后糊粉层中sodCp基因表达受抑制。染色质免疫共沉淀(ChIP)实验结果显示,在玉米萌发过程中,sodCp基因启动子和编码区高度乙酰化,GA提高sodCp基因的启动子区乙酰化修饰含量,ABA和TSA抑制sodCp基因的启动子区乙酰化修饰含量的升高。这些结果表明,GA介导糊粉层中sodCp基因的表达与其启动子和编码区乙酰化修饰含量的升高相关,导致H202的积累以及调节种子萌发过程中α-淀粉酶的生产。2.组蛋白去乙酰化酶是玉米糊粉层中GA诱导的程序性细胞死亡所必需的最近的研究表明,表观遗传调控参与植物激素介导的信号通路。植物激素GA可以诱导谷物糊粉层程序性细胞死亡,但谷物糊粉层中GA诱导程序性细胞死亡的信号级联反应尚不清楚。我们的研究显示,在GA诱导玉米糊粉层程序性细胞死亡过程中,相对于HATs,HDACs活性逐渐增强,导致组蛋白H3和H4整体乙酰化修饰含量降低。使用HDAC抑制剂可以阻止GA诱导的糊粉层程序性细胞死亡,即使在缺乏GA的情况下单独使用HATs抑制剂处理也可以导致糊粉层程序性细胞死亡。我们的实验结果表明HDACs在GA诱导的玉米糊粉层程序性细胞死亡过程中发挥重要作用。H2O2是动植物程序性细胞死亡过程中重要的信号分子。植物中不同的抗氧化酶是响应H2O2信号转导的传感器和调节器。GA或HATs抑制剂处理后糊粉细胞中ROS清除能力降低,H202浓度增加。H2O2单独处理可以诱导玉米糊粉层程序性细胞死亡,但细胞中乙酰化修饰酶(HATs和HDACs)的活性或基因表达没有变化。我们的研究结果表明表观遗传修饰酶作为调节器调控玉米糊粉层中GA诱导的程序性细胞死亡信号通路。HDACs位于ROS信号调节通路上游,通过调节ROS信号转导途径调节GA诱导的玉米糊粉层程序性细胞死亡。