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水分胁迫是影响植物生长发育的主要胁迫因素之一。植物能够通过感知刺激、产生和传导信号、启动各种防护机制来响应与适应水分胁迫.定位在质膜上的植物辅酶Ⅱ氧化酶(NADPH oxidase)催化氧分子生成超氧阴离子,并进一步转化为过氧化氢等活性氧(reactive oxygen sgecies,ROS)。H2O2在一定浓度下通过对下游信号分子、各种蛋白激酶及转录因子活性的调节参与植物对水分胁迫等各种生物、非生物胁迫的响应,根细胞分化以及气孔开放等多种生理过程。然而,有关水分胁迫对植物细胞NADPH氧化酶基因表达的影响及其调节因子尚缺乏研究。
本研究以脱落酸(Abscisic acid,ABA)突变体vp5及农大108为材料,研究了水分胁迫条件下玉米的四个Rboh(respiratory burst of oxygen homlolgues)基因ZmrbohA、ZmrbohB、ZmrbohC、ZmrbohD转录变化情况,以及钙信号、植物激素ABA,H2O2,促分裂原活化蛋白激酶对Zmrboh基因转录的调节情况。主要研究结果如下：
RT-PCR及定量PCR方法证实在-0.73MP中度水分胁迫下玉米ZmrbohA、ZmrbohB、ZmrbohC、ZmrbohD四个基因的转录在60min及150min左右具有两个高峰,并且四个基因转录的变化倍数各不相同,其中ZmrbohD基因的基础转录量最低,但在水分胁迫下其表达最高能达到10倍。
在水分胁迫条件下玉米ABA缺失突变体vp5的Zmrboh基因转录变化微小,而其ABA恢复组的Zmrboh基因转录变化幅度与野生型类似,这表明,水分胁迫诱导的玉米Zmrboh转录的变化主要由ABA介导,另外切除根系的野生型在水分胁迫条件下Zmrboh转录变化也很微小这从侧面证明水分胁迫诱导Zmrboh基因转录变化的过程主要是依赖根系的。
各种浓度的Ca2+外源处理玉米幼苗对Zmrboh基因转录没有明显影响,Ca2+螯合剂,Ca2+通道蛋白阻断剂和钙调蛋白抑制剂的处理都没有影响水分胁迫对Zmrboh基因转录的诱导效果,这表明Ca2+,钙调蛋白可能并不参与水分胁迫对Zmrboh基因转录的诱导过程。
外源10mM H2O2处理对ZmrbohD基因转录没有明显影响,5MmH2O2处理能明显诱导ZmrbohB、ZmrbohC、ZmrbohD基因的转录对ZmrbohA基因的转录的诱导没有明显规律。
H2O2清除剂DMTU、CAT及促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated proteinkinase,MAPK)的专一性抑制剂PD98059、U0126均不同程度的抑制了水分胁迫对Zmrboh基因转录的诱导。
上述试验结果表明水分胁迫能诱导玉米Zmrboh基因在转录水平变化,诱导过程主要由玉米幼苗根系合成或诱导合成的ABA介导并有H2O2、促分裂原活化蛋白激酶参与其中,其中H2O2可能主要参于第二个转录峰的诱导。Ca2+、钙调蛋白可能没有参与上述过程。