SO2对拟南芥干旱生理的影响及NR途径的调节作用

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二氧化硫(SO2)是一种常见的空气污染物,过去人们主要集中于其毒性机理的研究。然而近期研究发现,SO2在植物响应病原菌侵染、镉、铝等多种胁迫的过程中发挥了一定的作用。本文选取野生型和硝酸还原酶(NR)缺失突变体nia1nia2拟南芥为实验材料,研究SO2预暴露对干旱胁迫期间拟南芥植株生长状况、氧化还原系统、渗透调节物质含量、相关基因表达水平的影响,并分析NR介导的NO合成在SO2对拟南芥干旱适应性的调整过程中可能发挥的作用。主要研究结果如下:  1.SO2预暴露通过调节干旱期间拟南芥相关生理指标的变化进而增强其干旱适应性。  (1)随着干旱胁迫时间的延长,野生型和突变体拟南芥植株萎蔫程度加剧,叶片相对含水量减少;SO2预暴露减轻了干旱引发的植株萎蔫并减缓了干旱期间叶片相对含水量的降低,增强了拟南芥的干旱适应性,但SO2预处理对干旱期间野生型和突变体拟南芥的影响程度不同。  (2)干早期间两种拟南芥中H2O2和MDA含量显著升高,SOD、POD、GPX、GST活性显著提高、GSH含量显著增加;SO2预暴露进一步诱导了干旱期间拟南芥SOD、POD、GPX活性的提高、促进了GSH含量的升高、阻止了干旱期间H2O2和MDA含量的升高;与突变体相比,SO2预暴露能更有效地提高干旱期间野生型SOD、POD、GPX活性及GSH含量,并更有效地降低野生型中H2O2及MDA的含量。表明SO2预暴露能诱导干旱期间拟南芥抗氧化能力的提升,从而缓解干旱引发的氧化损伤,且NR途径可能参与SO2对干旱期间拟南芥氧化还原系统的调节。  (3)干旱期间两种拟南芥中脯氨酸和可溶性糖含量逐渐增加;SO2预暴露进一步促进了干旱胁迫下野生型拟南芥中脯氨酸的积累,但对突变体无显著促进作用;SO2预暴露还可显著提高干旱胁迫下两种拟南芥中的可溶性糖含量,且提高幅度相近。表明NR途径可能参与SO2预暴露提高干旱期间拟南芥脯氨酸含量的过程。  2.SO2预暴露通过调节干旱期间拟南芥相关基因的表达进而增强其干旱适应性。  (1)干旱条件下两种拟南芥中DREB2A、DREB2B、CBF4及其下游基因RD29A均显著上调表达,并且随着干旱时间的延长表达量逐渐升高;SO2预暴露显著提高了非干旱条件下野生型拟南芥中DREB2A、DREB2B、CBF4及RD29A的表达量并且进一步提高了干旱条件下野生型中DREB2A、DREB2B及RD29A的表达量;SO2亦能提高非干旱条件下突变体拟南芥中DREB2A及RD29A的表达量,并显著提高干旱5d时突变体中DREB2B的表达量,但提高幅度小于野生型。表明NR途径可能参与SO2预暴露诱导干旱条件下拟南芥干旱响应基因转录上调的过程。  (2)干旱期间两种拟南芥中MIR398a转录水平显著降低,而其靶基因CSD1、CSD2上调表达;SO2预暴露可诱导非干旱条件下两种拟南芥中MIR398a表达量降低,并进一步促进干旱条件下野生型中MIR398a表达量的降低及CSD1、CSD2表达量的升高,而对干旱条件下突变体中MIR398a和CSD2的表达水平无明显影响。表明NR途径可能参与调节SO2预暴露对干旱条件下拟南芥MIR398a及其靶基因转录的影响。  3.SO2预暴露后干旱条件下野生型拟南芥中NOS活性和突变体相近,而由于突变体中NR途径的缺失间接表明SO2预暴露后干旱条件下野生型中NO含量高于突变体;SO2预暴露后再用外源NO供体SNP处理拟南芥可进一步提高其干旱适应性。  研究结果表明,SO2预暴露能不同程度地促进干旱期间两种拟南芥抗氧化能力的提升、渗透调节物质的积累、干旱响应基因转录上调、MIR398a下调表达及其靶基因转录上调,进而缓解干旱引发的叶片萎蔫、相对含水量下降、氧化损伤等有害现象,增强拟南芥的干旱适应性。NR途径介导的NO合成可能参与SO2对拟南芥干旱适应性的调整过程。
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