最近的研究证实外源性施用甲醇能够刺激植物的生长,碳源假说认为甲醇促进植物生长是因为甲醇可以作为碳源被同化为糖类物质。本实验室王莎莎博士论文的研究结果表明甲醇在拟南芥中可被氧化为甲醛,甲醛随后氧化为甲酸然后通过C1代谢为丝氨酸并进入卡尔文循环同化为糖类物质,通过使用抑制甲醇代谢的化合物证实甲醇的代谢作用与其刺激拟南芥的生长没有相关性,甲醇可能作为信号分子物质通过诱导光合相关基因的表达来促进C02的同化作用,从而增强拟南芥的生长和生物量的积累。乙醇是一种结构上与甲醇类似的简单醇类化合物,乙醇的施用刺激植物生长的效果同样也得到一些研究的证实。本研究通过在含有蔗糖和高浓度葡糖糖MS固体培养基上生长的拟南芥根部施用低浓度甲醇乙醇,比较甲醇和乙醇对拟南芥的生理特性和光合作用相关基因表达的影响；通过比较WT和FDH(甲酸脱氢酶)突变体响应甲醇和乙醇刺激的生理特性和光合作用相关基因表达水平的变化,进一步研究醇类物质促进植物生长的机理。最后应用拟南芥的cDNA芯片分析鉴定拟南芥中甲醇和乙醇刺激响应基因,并对响应甲醇乙醇刺激相关基因参与调控拟南芥生理特性的代谢通路进行分析,以期在转录水平上阐明甲醇和乙醇刺激拟南芥生长的机理,为醇类物质的广泛使用提供理论依据。主要研究成果如下：葡糖糖是光合作用的一种重要产物,其含量提高时可以作为信号分子物质抑制光合相关基因的表达和植物的生长,为考察甲醇和乙醇是否具有缓解高浓度葡糖糖抑制拟南芥生长和光合相关基因表达的能力,将WT拟南芥幼苗移入含有蔗糖和3%葡萄糖的固体MS培养基上,在温室生长两周后的分析结果发现,在含有葡萄糖培养基上拟南芥的长势比在含有蔗糖培养基上的差。在培养基中分别添加2mM甲醇或乙醇都增加拟南芥鲜重相对生长率,说明根施低浓度甲醇或乙醇能缓解葡萄糖对拟南芥生长的抑制作用,且乙醇的效果好于甲醇。进一步分析结果表明甲醇或乙醇的存在降低拟南芥中叶绿素a的含量和氧化胁迫水平,RT-PCR分析结果证实甲醇或乙醇的存在缓解高浓度葡糖糖对拟南芥中大部分光合作用相关基因如叶绿素a/b结合蛋白(CAB1/2、Lhb4)、光合系统Ⅱ和Ⅰ相关蛋白(Psbp/Psbo/Psao)、CO2同化相关基因(RCA、Rubisco)转录的抑制作用。在含有蔗糖的MS固体培养基上用气体H13CHO和固体H13CHO处理WT和FDH (fdh)突变体24h,用13CNMR分析H13CHO代谢谱,结果发现FDH突变体中积累大量的H13COOH,说明H13COOH在突变体中的代谢被显著抑制,使其吸收甲醛的能力降低,且[U-13C]Gluc和N-转运氨基酸的生成量减少,证实fdh突变体同化H13CHO能力下降。分析WT和fdh代谢13CH3OH谱,结果发现fdh突变体中积累的游离13CH3OH显著高于WT,但是[U-13C]Gluc和N-转运氨基酸的生成量比WT少,证实fdh突变体同化13CH3OH的能力比WT差。分析WT和fdh对添加在MS蔗糖固体培养基中甲醇或乙醇的应答反应,结果说明甲醇或乙醇刺激WT和fdh生长的效果相同,甲醇或乙醇对WT和fdh突变体中花青素和叶绿素a/b含量的影响效果相似。13CNMR分析结果证实WT和fdh突变体的NaH13CO3代谢谱也相似,说明fdh突变不影响拟南芥同化NaH13CO3的能力,甲醇或乙醇促进WT和fdh突变体同化NaH13CO3的效果也相同。RT分析结果证明WT和fdh突变体中光合相关基因的转录对甲醇或乙醇刺激的应答模式相似。这些结果证实拟南芥甲醇代谢能力的降低并不影响它对甲醇或乙醇刺激的应答,醇类物质的代谢作用和其刺激植物的生长能力无关。为更好地理解利用甲醇和乙醇刺激拟南芥生长的分子机理,利用cDNA芯片技术分析甲醇或乙醇处理WT拟南芥24h后转录组的变化,结果显示共有2880个基因的表达受2mM甲醇的显著影响,甲醇上调的基因有1953个,甲醇下调的基因有927个。对甲醇上调表达的1011个功能已知基因进行分类,结果表明所占比例最大的为信号转导和转录调控相关的基因(28%),其次是能量与代谢相关基因(21%)。表达受到2mM乙醇显著影响的基因有4223个,其中上调基因和下调基因分别为3019和1204个。对乙醇上调表达的1151个功能已知的基因进行聚类,其中所占比例最大的是信号转导和转录调控相关的基因(37%),其次是细胞生长／结构和植物发育相关的基因(14%)。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C02同化途径、光呼吸途径、磷酸戊糖途径、三羧酸循环和氧化磷酸化途径、氮代谢途径、抗坏血酸和谷光甘肽合成途径等多个基因的表达,仅被甲醇调控的途径包括果糖和甘露糖代谢途径、Cys和Met代谢途径、生物碱合成途径等,仅被乙醇调控的途径有Ala/Asp/Glu代谢途径、Val/Leu/Ile合成途径、RNA剪接途径和蛋白酶体途径等。