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本实验室的研究已经证明甲醇和乙醇的施用能促进模式植物、农作物和观赏植物的生长,提高叶片的叶绿素含量、光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率。轩秀霞硕士论文的cDNA芯片分析结果表明甲醇或乙醇处理拟南芥24h后,上调表达的基因中所占比例最大的为信号转导和转录调控相关基因。通路分析结果表明甲醇和乙醇都上调了叶绿素合成途径及叶绿素a/b结合蛋白、光合作用光反应和CO2同化途径、光呼吸途径等多个基因的表达,说明甲醇和乙醇可能是作为一种信号分子以某种未知的方式促进光合相关基因的表达,进而促进植物生物量的积累。本实验室于雪松的分析表明甲醇和乙醇可以诱导参与植物光形态建成调控中心转录因子HY5(LONG HYPOCOTYL5)的表达,在本研究以hy5突变体和野生型(WT)拟南芥为实验材料,在MS固体培养基上生长的拟南芥根部施用低浓度甲醇和乙醇,比较甲醇和乙醇对hy5和WT拟南芥生理特性和光合作用相关基因表达的影响,分析HY5与其下游启动子结合应答甲醇和乙醇刺激的模式,探讨HY5在拟南芥应答甲醇和乙醇刺激的作用机理,取得以下主要结果：在MS固体培养中分别添加2mM或6mM甲醇和乙醇处理hy5和WT三周,结果发现乙醇对两种拟南芥的刺激作用要好于甲醇,高浓度(6mM)甲醇和乙醇的刺激作用小于低浓度(2mM),但hy5突变体的相对增长率小于WT,说明HY5的突变减弱拟南芥的生长对甲醇和乙醇刺激的应答。甲醇和乙醇的刺激均增加两种拟南芥叶绿素的含量,且低浓度的刺激效果大于高浓度,但是hy5突变体中叶绿体的含量低于WT,说明HY5的突变降低甲醇和乙醇刺激拟南芥叶绿素合成的效果。在MS固体培养基上添加NaH13CO3和2mM甲醇或乙醇处理hy5和WT拟南芥24小时后,提取细胞汁液做13C-NMR分析,结果表明甲醇和乙醇均促进WT和hy5突变体同化CO2的作用,但是hy5突变体同化CO2生成糖类物质和氨基酸的量要低于WT,说明HY5的突变降低甲醇和乙醇对CO2同化作用的刺激效果。这些数据证实HY5参与拟南芥对甲醇和乙醇刺激的应答过程。RT-PCR分析2mM和6mM甲醇和乙醇处理12h和72h后WT和hy5突变体光合相关基因的表达谱,结果表明在WT拟南芥中,C02同化相关基因RBCS和叶绿素结合蛋白Lhcb3、Lhca4、Lhca2、Cab3、 Cab2、Cab1及HY5调控的另外2个靶基因的表达都受到甲醇和乙醇的显著诱导,但这些基因在hy5突变体中被甲醇和乙醇刺激的诱导作用不如WT明显,说明HY5突变降低拟南芥中RBCS和叶绿素结合蛋白基因的转录对甲醇和乙醇刺激的应答作用。构建Lhca4启动子与荧光素酶Luc融合基因的植物表达载体产生转基因拟南芥。用2mM和6mM甲醇和乙醇处理转基因拟南芥12小时和72小时之后,RT-PCR分析Luc的转录和荧光素酶的活性,结果表明甲醇和乙醇都诱导Luc的转录,荧光素酶的活性受到甲醇和乙醇刺激后显著增加,说明Lhca4启动子中存在甲醇和乙醇刺激的应答元件,但Luc的转录和荧光素酶的活性对甲醇和乙醇刺激的应答模式不同。通过染色质免疫共沉淀(ChIP)分析HY5与Lhca4、LZFl和RBCS基因启动子结合应答甲醇和乙醇刺激的模式,结果表明甲醇和乙醇的刺激都增强了HY5与这些基因启动子的结合能力,但与不同基因启动子的结合应答不同浓度甲醇和乙醇刺激的模式不同,这表明甲醇和乙醇可能通过增加HY5与其调控基因启动子的结合来增加叶绿素合成和光合相关基因的表达,从而增强植物的光合作用。