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拟南芥一直是研究植物分子生物学途径的最好模式系统,但拟南芥是真正的甜土植物,因此,使用拟南芥将只能揭示关于植物耐盐性较少的信息。最近,另一个盐生植物盐芥被提议为研究植物耐盐性的模式系统,它是拟南芥的近缘,为生长周期短、基因组较小、耐盐性较强的十字花科的盐生植物;在cDNA水平上与拟南芥有大约90-95%的同源性,因此,可以方便地将拟南芥的很多信息移至盐芥耐盐性的分子生物学研究;而且,盐芥具有拟南芥很多同样的优点以作为实验系统。本论文的目的在于对盐芥这一新的耐盐模式植物在其耐盐机理上做一些探索性的研究。
植物在抗盐中,除了可以吸收和积累大量的无机盐离子(主要有Na<'+>、K<'+>、Ca<'2+>、Mg<'2+>、Cl<'->、sO<,4><'2->、NO<,3><'->等)进行渗透调节适应盐渍环境外,还可以在细胞中合成大量不同的有机物。已经证明高浓度的脯氨酸对一些酶类没有任何抑制作用,正因为如此,高等植物(盐生植物和非盐生植物)在盐渍条件下,可以积累大量的脯氨酸作为渗透剂。
脯氨酸作为渗透调节剂对植物体细胞渗透势的变化起重要作用:一,在盐胁迫下,脯氨酸在植物体内是一种重要的渗透调节剂,它是一些高等植物和绿藻抗盐和抗旱的主要渗透剂之一;二,脯氨酸可以保护细胞中的生物大分子的结构,使之不被NaCl破坏,并能维持其完整的水合范围;三,脯氨酸的高度溶解性以及其对植物各种酶活性不抑制性,可以扩大细胞的溶解容积,从而降低细胞质液中盐的浓度,减轻盐的胁迫作用;四,细胞质中积累的大量脯氨酸可以防止液泡对细胞质的脱水作用;五,在盐胁迫下,植物叶绿素的合成受到抑制,叶绿素的合成需要脯氨酸。
本实验成功构建了盐芥的基因组文库以及克隆了脯氨酸代谢通路中几个关键的基因:ThP5CS1、2,ThP5CDH,ThPDH,ThERD5。对研究盐芥这种新型抗盐模式植物以及脯氨酸的功能将起到重要作用。