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非生物胁迫是影响植物生长发育和产量的重要环境因素,而其中又以干旱、盐渍和极端温度的影响最为严重。植物在长期的进化过程中形成了一套主动的防御机制,能够识别逆境信息通过信号传递最终调节植物的生长发育,从而抵御不良环境的影响。SPI(Stable Protein I)蛋白最早是从欧洲的一类山杨树中发现的,研究中通过加热煮沸实验,发现它具有良好的热稳定性,另外,转此基因的杨树还能提高其抗盐性及其他抗性,但是此基因与其它基因同源性很低,所以,有可能代表一类新的基因家族。目前关于该基因功能的研究还很有限,特别是在抗逆生理方面。本实验通过订购AtSP1(At3g17210)基因的T-DNA插入突变体SALK_023701,并通过PCR检测获得突变体纯合子,将其与野生型拟南芥同时放在不同浓度的NaCl、ABA、高温、低温等胁迫条件下培养,发现高温下野生型的生长情况要好于突变体纯合子,其他条件下突变体与野生型植株的生长情况相差不大,由此推测该基因可能参与拟南芥高温逆境的生理调节。实验结果如下:
1.采用PCR和RT-PCR技术,在DNA和RNA水平上鉴定出了与AtSP1基因对应的T-DNA插入纯合拟南芥突变体,并对其表型进行了观察。
2.半定量RT-PCR分析发现,AtSP1基因在拟南芥的叶和根中表达最高,而在茎、叶柄、花中的表达则较弱。暗示AtSP1基因在拟南芥的叶和根的生长发育过程中可能起作用。
3.高温胁迫使AtSP1基因的表达迅速升高,高温处理3h后的表达量达到最高峰,8h以后才开始下降;不同浓度的盐胁迫和ABA以及低温处理对该基因的表达影响不明显。因此,推测该基因可能是高温信号传导通路中的一个重要调控因子。
4.在高温处理条件下,野生型拟南芥脯氨酸含量、PSII活性明显高于突变体株系。植株SOD活性增高明显,但野生型拟南芥株系SOD活性高于3个突变体株系,且差异显著。野生型拟南芥可溶性物质脯氨酸的积累明显高于突变体植株。MDA含量在高温处理后呈上升趋势,但野生型拟南芥MDA含量较突变体株系低,说明突变体株系膜脂过氧化程度高于野生型拟南芥,膜伤害程度较重。
5.突变体植株最显著的特征是生长发育迟缓,营养生长阶段延长,叶片等器官体积减小,植株矮化,抗逆性降低。