缺鐵響應轉錄因子OsbHLH133的功能和缺鐵誘導乙烯合成分子機理的研究.pdf

1、鐵是植物生長所必需的微量元素。土壤中的鐵含量豐富，但鐵在土壤中的低溶解性使得它能被植物吸收利用的部分極少，同時過量的鐵素也會造成植物鐵中毒。研究植物的缺鐵響應分子機制，對植物適應缺鐵和鐵過量等環(huán)境逆境，培育優(yōu)良富鐵品種等具有重要的意義。
　　 本研究在水稻中克隆了一個堿性螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）家族的轉錄因子——OsbHLH133。OsbHLH133定位在細胞核中，在根中受缺鐵強烈誘導，通過對啟動子接GUS報告基因的轉基因株系

2、的GUS活性分析，發(fā)現(xiàn)缺鐵時OsbHLH133主要在整個根部細胞，特別是中柱以及地上部分的維管組織中表達。系統(tǒng)進化樹表明，在進化上，OsbHLH133與擬南芥、水稻和番茄中已被報道的參與缺鐵響應分子機制的bHLH轉錄因子位于不同的分支中，表明OsbHLH133極有可能具有不同于已知的鐵相關的bHLH蛋白的新功能。
　　 通過對OsbHLH133超表達轉基因植株(OsbHLH133-OE)和T-DNA插入突變體（bhlh133）的

3、研究，發(fā)現(xiàn)缺鐵時bhlh133突變體葉片葉綠素含量（SPAD）上升，而OsbHLH133-OE植株的SPAD值下降。與野生型植株相比，突變體植株的地上部分鐵含量升高，而根中鐵含量降低。OsbHLH133-OE植株的鐵含量測定結果與之相反，即地上部分鐵含量降低，而根中鐵含量上升。此外，OsbHLH133-OE植株木質部液中的鐵含量也低于野生型。由此可見，OsbHLH133參與調控鐵素在水稻地上部分和根中的分布。
　　 基因芯片結果

4、結合定量RT-PCR分析表明，缺鐵響應基因在根和葉中的表達與鐵含量相關聯(lián)，即鐵含量高的組織，缺鐵響應基因的表達低，鐵含量低的組織，基因的表達被誘導，缺鐵響應基因的表達直接反應了植株的局部鐵含量水平。另外，芯片分析結果顯示有很多信號通路相關的基因在突變體和野生型根中的表達具有顯著差異，這些基因包括鈣離子信號通路中的相關基因，說明了鈣離子信號在植物的鐵平衡過程中可能發(fā)揮作用。
　　 本研究旨在完善植物缺鐵響應信號途徑的理論基礎，缺鐵

5、誘導乙烯合成也是植物響應缺鐵的一種表現(xiàn)，本論文初步開展了缺鐵誘導乙烯合成的分子機理研究。通過對擬南芥中的9個有ACC合成酶功能的ACS基因的表達分析，發(fā)現(xiàn)AtACS2/6/7/11不論在葉中還是在根中都受到缺鐵顯著誘導，這表明了擬南芥中這幾個ACS基因很可能參與缺鐵誘導乙烯合成這個過程中。此外，AtACS2/6的上游調控蛋白AtMPK3/6的轉錄表達也受缺鐵誘導。
　　 不同缺鐵時間的乙烯含量分析表明，缺鐵誘導擬南芥的乙烯合成，

6、而誘導倍數(shù)最高為1.7-2倍。由于擬南芥ACS家族基因功能冗余嚴重，我們無法在供缺鐵乙烯含量僅2倍的差異條件下，通過ACS基因相關突變體的乙烯含量測定來篩選負責缺鐵誘導乙烯合成的ACS基因。通過對擬南芥mpk3和mpk6突變體乙烯含量的測定，發(fā)現(xiàn)缺鐵時，mpk6植株的乙烯合成量顯著低于野生型，而mpk3的乙烯合成量也有所降低，但不顯著，這表明AtMPK6很可能參與調控缺鐵誘導乙烯合成這個過程。
　　 綜上所述，本論文對水稻Osb