IB-CAS  > 植被与环境变化国家重点实验室
一氧化氮在植物抗冻中的作用及铝响应microRNA鉴定的研究
其他题名Studies on the role of nitric oxide in response to low temperature and identification of aluminum-responsive microRNAs in plant
陈雷
学位类型博士
导师张文浩 ; 赵敏桂
2011
学位授予单位中国科学院植物研究所
关键词一氧化氮 低温驯化 低温耐受力 microRNA 铝毒害 乙烯 根伸长
摘要低温胁迫是影响温带植物生长发育、产量以及地域分布的重要因素之一,而铝毒胁迫则是酸性土壤中限制植物产量的主要因素。这两种胁迫对于农业生产均造成了不利的影响,研究这两种胁迫的生理与分子机制能够为提高植物在逆境中的产量,培育抗逆品种提供理论依据。乙烯(Ethylene)与一氧化氮(Nitric oxide,NO)都是小分子的气体,前者是传统的植物五大激素之一,而后者则是参与调节植物生长发育及生物和非生物胁迫的新型信号分子。本研究的第一部分以拟南芥为材料,通过生理学、药理学和分子生物学手段系统的研究了NO在低温驯化和低温胁迫过程中的作用。本论文的第二部分则以蒺藜苜蓿为材料,通过高通量测序、乙烯不敏感突变体和药理学等手段,探讨了microRNA在铝毒害通过乙烯信号途径抑制根伸长过程中的作用。主要研究成果如下: 1. 低温驯化能够显著的诱导拟南芥野生型叶片中的内源NO含量升高,硝酸还原酶(NR)抑制剂和一氧化氮合成酶(NOS)抑制剂均能够有效地抑制低温驯化诱导的NO含量的增加。在拟南芥硝酸还原酶双缺失突变体nia1nia2中NO含量不受低温驯化的诱导。同时,低温驯化过程中,NR活性迅速升高,而NOS活性却在长期低温驯化之后下降,这表明低温驯化过程中NO含量升高的主要是通过NR途径实现的。而在硝酸还原酶缺失的突变体nia2中,低温驯化诱导的NO含量增加与野生型相同,表明NR途径中的NIA1在这一过程中起主要作用。 2. 野生型拟南芥的低温耐受能力高于nia1nia2突变体。低温驯化能够显著的提高拟南芥野生型的低温耐受能力,但在nia1nia2突变体中,低温驯化不能显著增加其低温耐受能力;NO供体能够显著提高nia1nia2的低温耐受能力,NR抑制剂、NOS抑制剂和NO清除剂均能够降低野生型拟南芥的低温耐受性。这些结果表明内源NO含量对于拟南芥低温耐受能力具有重要作用。 3. 低温驯化前,野生型拟南芥中的游离脯氨酸含量高于nia1nia2突变体;低温驯化过程中,野生型拟南芥叶片中的脯氨酸含量显著上升,但在nia1nia2突变体中,这种上升不明显。而NO供体能够刺激未驯化的拟南芥野生型累积脯氨酸,NO清除剂和NR抑制剂均可以抑制低温驯化诱导的脯氨酸累积。低温驯化能够促进野生型P5CS1但抑制ProDH的表达,而在nia1nia2突变体中,P5CS1的基因表达受驯化诱导上升的幅度小于野生型;与野生型相反,低温驯化增加了nia1nia2突变体中ProDH的表达。NO供体能够增加P5CS1的表达,而这一促进作用能够被NO清除剂所拮抗。结果表明NO通过调节脯氨酸代谢途径中关键基因的表达来调控拟南芥体内游离脯氨酸含量,从而影响植物低温耐受能力。 4. 建立了以蒺藜苜蓿根尖为材料的对照、铝处理(4小时和24小时)和乙烯合成前体(ACC)处理的小RNA文库。通过Solexa高通量测序共获得了超过六千五百万条序列,通过分析,发现了40个新的miRNA,并预测到了参与防御、信号转导等多种植物生理过程的靶基因。 5. 通过小RNA文库之间的比对分析,筛选到了一系列在铝毒害胁迫过程中表达发生变化的miRNA,并且按照时间表达模式,将这些miRNA划分为瞬时表达型、持续表达型和延迟表达型。铝响应miRNA以瞬时表达型为主,这与铝毒害对于根伸长的迅速抑制相吻合。 6. 通过小RNA文库比对,鉴定了16个响应ACC表达发生变化的miRNA。通过与铝响应miRNA相比较,发现了10个在两种处理中同时响应的miRNA。利用乙烯不敏感突变体sickle和乙烯合成抑制剂,本研究初步探讨了这些miRNA在铝毒害诱导乙烯生成并抑制根伸长过程中的作用。
页数161
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/11888
专题植被与环境变化国家重点实验室
作者单位中国科学院植物研究所
第一作者单位中国科学院植物研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
陈雷. 一氧化氮在植物抗冻中的作用及铝响应microRNA鉴定的研究[D]. 中国科学院植物研究所,2011.
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