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苯丙烷类代谢途径是植物体内次生物质代谢的重要途径,芥子酸及其衍生物是一类重要的苯丙烷类代谢中间物质,对种子萌发、植株的生长发育、防御等起着重要的作用。芥子酸是芥子酸酯类物质即芥子酰基葡萄糖、芥子酰胆碱和芥子酰基苹果酸的合成前体。芥子酰基葡萄糖在芥子酰基葡萄糖苹果酸转移酶作用下生成芥子酰基苹果酸,研究报道,在紫外射线处理下,拟南芥叶片中芥子酰基苹果酸含量增多,表明芥子酰基苹果酸在拟南芥叶片应答紫外射线B(Ultraviolet-B,UV-B)辐射过程中发挥着重要的作用(李敏等,2012;Li et al.,2012),但芥子酰基苹果酸是否参与调控紫外线诱导的气孔运动还未见报道。本课题用0.5 W m-2的UV-B对拟南芥野生型(Wild type,WT)和芥子酸酯合成相关突变体sng1、brt1进行2 h辐射处理,用高效液相色谱-质谱联用系统(High-performance Liquid Chromatography-electrospray Ionization Mass Spectrometry,LC-MS)检测其叶片下表皮中苹果酸的含量,用3,3-二氨基联苯胺(Diaminobezidin,DAB)和荧光探针二氯二乙酸(2’,7’-dichloroflurescin diacetate,H2DCFDA)分别检测其叶片和保卫细胞中过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)的积累情况。研究发现,经UV-B辐射处理后,sng1叶片下表皮苹果酸含量显著低于其在WT叶片下表皮的含量;WT、sng1和brt1叶片及保卫细胞中H2O2含量均有所增多,与WT相比,sng1叶片和保卫细胞中H2O2的积累显著增多。说明在防御UV-B胁迫时,sng1由于缺少芥子酰基葡萄糖基苹果酸转移酶的合成,导致苹果酸合成减少,并加大了气孔中苹果酸外流,导致胞内膨压等发生变化,进一步影响了H2O2的积累,可能启动了相关信号通路导致气孔关闭,以减少UV-B造成的伤害。芥子酸酯代谢不仅参与调控UV-B诱导的气孔运动,在植物根生长发育过程中也发挥一定的作用。植物的根具有向重力性生长的特性,这样才能使茎处于能够最大限度捕获光能的位置,而根向下生长能够最大限度的吸收水和营养物质等供植物体利用。我们通过外源施加芥子酸发现拟南芥根的向重力性生长发生了改变,说明芥子酰基葡萄糖参与调控根的发育,但具体的调控机制还未见报道。本课题利用不同浓度的芥子酸处理拟南芥WT和突变体sng1、sng2、brt1的种子,研究发现,当用0.5 mM芥子酸处理拟南芥种子时,幼苗根的向重力性生长明显受到影响,并且抑制了幼苗主根的生长,促进了侧根的生长。利用高效液相色谱技术(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)检测根中芥子酰基葡萄糖的含量,结果表明,不管是WT还是sng1或brt1,其幼苗根中芥子酰基葡萄糖的含量都显著增加,并且brt1幼苗根中芥子酰基葡萄糖的含量增加量明显低于WT和sng1,推测是因为brt1是芥子酸-葡萄糖基转移酶缺失突变体。我们的结果暗示芥子酰基葡萄糖可能通过影响根中糖的代谢而间接调控拟南芥根的向重力性生长。