缺鐵響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子OsbHLH133的功能和缺鐵誘導(dǎo)乙烯合成分子機(jī)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(shí)過量的鐵素也會造成植物鐵中毒。研究植物的缺鐵響應(yīng)分子機(jī)制，對植物適應(yīng)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(gè)堿性螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）家族的轉(zhuǎn)錄因子——OsbHLH133。OsbHLH133定位在細(xì)胞核中，在根中受缺鐵強(qiáng)烈誘導(dǎo)，通過對啟動子接GUS報(bào)告基因的轉(zhuǎn)基因株系

2、的GUS活性分析，發(fā)現(xiàn)缺鐵時(shí)OsbHLH133主要在整個(gè)根部細(xì)胞，特別是中柱以及地上部分的維管組織中表達(dá)。系統(tǒng)進(jìn)化樹表明，在進(jìn)化上，OsbHLH133與擬南芥、水稻和番茄中已被報(bào)道的參與缺鐵響應(yīng)分子機(jī)制的bHLH轉(zhuǎn)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(guān)的bHLH蛋白的新功能。
　　 通過對OsbHLH133超表達(dá)轉(zhuǎn)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(shí)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(jié)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(zhì)部液中的鐵含量也低于野生型。由此可見，OsbHLH133參與調(diào)控鐵素在水稻地上部分和根中的分布。
　　 基因芯片結(jié)果

4、結(jié)合定量RT-PCR分析表明，缺鐵響應(yīng)基因在根和葉中的表達(dá)與鐵含量相關(guān)聯(lián)，即鐵含量高的組織，缺鐵響應(yīng)基因的表達(dá)低，鐵含量低的組織，基因的表達(dá)被誘導(dǎo)，缺鐵響應(yīng)基因的表達(dá)直接反應(yīng)了植株的局部鐵含量水平。另外，芯片分析結(jié)果顯示有很多信號通路相關(guān)的基因在突變體和野生型根中的表達(dá)具有顯著差異，這些基因包括鈣離子信號通路中的相關(guān)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(yīng)信號途徑的理論基礎(chǔ)，缺鐵

5、誘導(dǎo)乙烯合成也是植物響應(yīng)缺鐵的一種表現(xiàn)，本論文初步開展了缺鐵誘導(dǎo)乙烯合成的分子機(jī)理研究。通過對擬南芥中的9個(gè)有ACC合成酶功能的ACS基因的表達(dá)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(dǎo)，這表明了擬南芥中這幾個(gè)ACS基因很可能參與缺鐵誘導(dǎo)乙烯合成這個(gè)過程中。此外，AtACS2/6的上游調(diào)控蛋白AtMPK3/6的轉(zhuǎn)錄表達(dá)也受缺鐵誘導(dǎo)。
　　 不同缺鐵時(shí)間的乙烯含量分析表明，缺鐵誘導(dǎo)擬南芥的乙烯合成，

6、而誘導(dǎo)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(yán)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(guān)突變體的乙烯含量測定來篩選負(fù)責(zé)缺鐵誘導(dǎo)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(shí)，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(diào)控缺鐵誘導(dǎo)乙烯合成這個(gè)過程。
　　 綜上所述，本論文對水稻Osb