拟南芥乙烯合成因子与IAA共同调节盐胁迫机制分析

来源 :河南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:A467329555
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乙烯(Ethylene)是一种重要植物激素,与其他植物激素存在相互调节作用,并参与植物生物与非生物胁迫应答反应。生长素(IAA,Auxin)与乙烯如何相互影响共同调节盐胁迫应答机制尚需研究。   从美国拟南芥种子资源中心(Arabidopsisbiologicalresourcecenterstocks,ABRCStocks)购得etsc和etsfT-DNA插入突变体种子,筛选获得纯合突变体株系,之后,通过遗传杂交获得双突变株系(etscetsf)、通过转基因方法获得回补(etsc-andetsf-complementation,etsc-Candetsf-C)及超表达(ETSC-andETSFoverexpression,ETSC-OEandETSF-OE)株系。   表型分析显示:正常生长情况下,etsc、etsf,WT萌发率都能够达到95%以上,各株系之间无差别;幼苗时期,etsf根长度显著大于WT,ETSC-OE植株根长明显小于WT;成苗期,etsf与elscetsf植株地上部分高度显著大于WT。然而,在120-150mMNaCl处理下,etsc与etsf萌发率、etsc根伸长与WT相比显著受到抑制,而etsf根伸长未受到明显抑制。有意思的是,0.02μMIAA处理后,etsc根生长与WT一致,etsf根长优势消失且根毛变多,ETSC-OE根长依然变短(无变化)。这些结果说明,ETSC和ETSF在拟南芥生长发育过程中响应IAA与盐刺激。   对ETSC与ETSF进行转录水平分析,这两个基因均在彼此突变体中均过量表达:WT幼苗在150mMNaCl处理4小时后ETSC表达下降到11.0%,ETSF上升到195.9%;在0.02μMIAA处理4小时后,ETSC上升到155.8%,ETSF下降到92.0%;在0.02μMIAA与150mMNaCl共同处理4小时后,ETSC下降到13.8%,ETSF上升到114.9%。   以上表型与转录活性分析结果暗示,ETSC在盐胁迫应答中起主导作用,其突变体显著不耐盐,ETSC-OE表现出耐盐,etsf中ETSC超表达且表现出对盐不敏感;ETSF在IAA信号调节中起主导作用,etsf表现出低浓度IAA(0.02)μM)根伸长被促进及高浓度IAA(1μM)使根毛变多。IAA处理后消除了NaCl对ETSF的诱导表达,说明IAA参与ETSF盐胁迫应答;而NaCl处理后消除IAA对ETSC的诱导表达,说明NaCl影响ETSC对IAA信号应答。   组织化学染色方法探索2个基因表的时空特异性。将ETSC与ETSF启动子连接GUS报告基因后转化获得拟南芥转基因株系,染色结果显示:ETSC与ETSF在种子萌发、幼苗生长及成苗时期均能检测到表达,ETSC在根部维管组织、成熟叶片叶片中表达较高,ETSF在根中除分生区外其他生长发育时期不同组织器官中均有较高表达。同时,分别将ETSC和ETSFCDS序列连接GFP,组建瞬时表达载体,并转化拟南芥叶肉细胞原生质体,荧光观察显示:ETSC定位在细胞质与细胞核中,ETSF定位在质膜上。   研究报道,ETSC与ETSF可能在体外形成同源二聚体(ETSC-ETSC,ETSF-ETSF)或异源二聚体(ETSC-ETSF),因此而介导乙烯生物合成。所以,接着利用双分子荧光互补实验(bimolecularfluorescencecomplementation,BiFC)探讨ETSC与ETSF在植物体内二聚体形成可能性。分别将ETSC和ETSF的CDS序列连接YCE、YNE并转化拟南芥叶肉细胞原生质体,激光共聚焦扫描结果表明,ETSC与ETSF在细胞质和细胞核中形成同源和异源二聚体。接下来检测二聚体的形成对乙烯含量的影响:首先通过杂交方法把乙烯合成报告基因(EthyleneBisStearamide,EBS)转入etsc和etsf中,获得转基因株系;EBS:GUS组织化学与荧光定量分析发现,与WT相比,乙烯在生长7天etsc幼苗中过量产生,且在叶片、下胚轴及根部表现尤为明显;etsf幼苗中乙烯合成量无论是在整株水平还是各个组织(叶片、下胚轴与根部)均与WT无显著差异。表明,ETSC和ETSF以二聚体形式调节乙烯生物合成,且单个基因突变后对乙烯合成具有促进作用。   总之,ETSC与ETSF在IAA影响下调节拟南芥乙烯生物合成进而应答盐胁迫刺激,这为进一步探索非生物胁迫下乙烯调节机制奠定基础。
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