2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、植物特別是作物對非生物逆境(干旱、冷害、高鹽環(huán)境等)的適應(yīng)性對于作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有著非常重要的影響,干旱是植物逆境最普遍的形式,在許多地區(qū)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸。植物響應(yīng)干旱脅迫的一種重要反應(yīng)是積累植物激素脫落酸(abscisic acid,ABA)。水分脅迫下所積累的ABA能增加植物體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和上調(diào)抗氧化防護系統(tǒng)的活性,增強植物對水分脅迫的耐性。而在這一信號網(wǎng)絡(luò)中,一些轉(zhuǎn)錄因子如MYB、WRKY、熱激因子和多種類型鋅指蛋白的含量增加,

2、它們共同參與維持ROS的穩(wěn)定含量。因而認(rèn)為這些轉(zhuǎn)錄因子家族在植物對逆境的應(yīng)答過程中起著非常重要的調(diào)控作用。但鋅指蛋白在ABA誘導(dǎo)的抗氧化防護中的作用機理,尤其與H2O2、MAPK、NADPH氧化酶等ABA信號途徑中的主要組分的關(guān)系并不清楚。
   本研究從水稻中分離參與ABA、H2O2應(yīng)答反應(yīng)的鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子著手,通過原生質(zhì)體瞬時表達和轉(zhuǎn)基因技術(shù),使目標(biāo)轉(zhuǎn)錄因子基因過表達或者沉默,通過對比轉(zhuǎn)基因與野生型植株抗氧化防護酶、NAD

3、PH氧化酶以及MAPK的基因表達及酶活,深入探討其在水稻耐逆性中的作用機理,對提高水稻抗逆性的遺傳育種改良有重要的理論指導(dǎo)意義。主要研究結(jié)果如下:
   利用生物信息學(xué)和RT-PCR的方法從水稻幼苗的葉片中分離出兩個鋅指蛋白基因ZFP182和ZFP36,分別與擬南芥ZAT12和ZAT10有較高的同源性。其編碼產(chǎn)物都含有兩個典型的C2H2型鋅指結(jié)構(gòu),ZFP182編碼產(chǎn)物為170個氨基酸殘基,分子量為18.215 kDa,而ZFP3

4、6編碼產(chǎn)物為220個氨基酸,分子量為22.804 kDa。通過亞細胞定位實驗發(fā)現(xiàn),這兩個鋅指蛋白基因均定位于細胞核中。熒光定量RT-PCR分析表明:ABA和H2O2處理后,水稻葉片中ZFP18和ZFP36基因轉(zhuǎn)錄水平與對照組相比,出現(xiàn)雙階段快速、瞬時的上調(diào)。H2O2清除劑(DMTU)的預(yù)處理能有效抑制ABA誘導(dǎo)的ZFP182和ZFP36基因的轉(zhuǎn)錄。NO也能上調(diào)ZFP182和ZFP36基因的表達;這些結(jié)果提示,ABA、H2O2和NO均能誘

5、導(dǎo)ZFP182和ZFP36基因的轉(zhuǎn)錄,而且ABA誘導(dǎo)水稻鋅指蛋白基因表達增強是通過ABA誘導(dǎo)產(chǎn)生的內(nèi)源H2O2來起作用的。
   為了進一步研究ZFP182和ZFP36的功能,本研究分別構(gòu)建了ZFP182和ZFP36基因的過量表達(sense)、反義抑制(antisense)和RNA干涉(sense/antisense,dsRNA)的植物表達載體,通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化水稻愈傷組織,成功獲得ZFP182的RNA干擾植株;ZFP36

6、的過量表達和反義抑制以及RNA干擾的植株。分別以轉(zhuǎn)基因水稻F1代和野生型水稻為材料,外源ABA處理可以提高細胞內(nèi)SOD和APX的活性,與野生型相比,RNA干擾及反義抑制的轉(zhuǎn)基因植株的SOD和APX的活性顯著降低。通過原生質(zhì)體瞬時表達體系,我們也發(fā)現(xiàn)過表達ZFP182和ZFP36基因可以明顯提高SOD和APX酶的活性,而干擾這兩個鋅指蛋白基因,SOD和APX的活性顯著下降。經(jīng)ABA處理后,SOD和APX的活性均略有上升,實驗結(jié)果與以轉(zhuǎn)基因

7、植株為材料的結(jié)果完全吻合,充分說明了ZFP182和ZFP36基因確實參與了ABA誘導(dǎo)的抗氧化防護反應(yīng),而且在其中扮演了重要的角色,對植物增強抗氧化防護,提高脅迫耐性具有重要意義。
   真核生物中的MAPK級聯(lián)系統(tǒng)在外源刺激信號轉(zhuǎn)入胞內(nèi)應(yīng)答受體/感應(yīng)器的下游過程中起樞紐作用。植物ABA信號途徑中也有MAPK級聯(lián)系統(tǒng)的參與。
   本研究以水稻幼苗葉片為材料,采用藥理學(xué)方法和熒光定量RT-PCR技術(shù)研究了MAPK和ZFP1

8、82和ZFP36基因轉(zhuǎn)錄在ABA信號途徑之間的關(guān)系。MAPKK抑制劑(PD98059和U0126)的預(yù)處理能有效抑制ABA誘導(dǎo)的ZFP182和ZFP36基因的轉(zhuǎn)錄。在水稻原生質(zhì)體中,ABA處理能夠上調(diào)ZFP18和ZFP36的表達。利用dsRNA技術(shù),分別將OsMPK1和OsMPK5基因(分別與AtMPK6和AtMPK3同源)沉默,ABA對ZFP182和ZFP36基因轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)被阻斷。而利用dsRNA技術(shù)或者RNAi突變體分別使ZFP18

9、2和ZFP36基因沉默,OsMPK1和OsMPK5基因的表達不受影響;說明在ABA信號途徑中,OsMPKl/OsMPK5和ZFP36/ZFP182呈現(xiàn)出一種直線關(guān)系,即OsMPK1和OsMPK5作為ZFP182和ZFP36的上游因子發(fā)揮作用。
   本實驗室已有的研究結(jié)果顯示ABA及H2O2均可以誘導(dǎo)OsDMI3基因表達,提示這一激酶可能參與干旱與氧化脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。然而,這一激酶在植物對脅迫反應(yīng)中涉及的下游元件還不清楚。OsD

10、MI3與鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)系更是未見報道。本研究發(fā)現(xiàn),鈣通道阻斷劑EGTA、LaCl3,CaM拮抗劑TFP、W7和CCaMK抑制劑KN-93的預(yù)處理能有效抑制ABA誘導(dǎo)的OsZF182和OsZF36基因的轉(zhuǎn)錄。通過原生質(zhì)體瞬時表達及dsRNA技術(shù),干擾OsDMI3基因的表達,能有效的阻斷ABA對鋅指蛋白基因ZFP182和ZFP36的誘導(dǎo),暗示在ABA信號途徑中,OsDMI3位于ZFP182和ZFP36的上游,調(diào)控這兩個鋅指蛋白基因的表

11、達。有意思的是,利用原生質(zhì)體瞬時沉默技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù),分別干擾ZFP182和ZFP36基因的表達,可以顯著降低ABA誘導(dǎo)的OsDMI3基因的轉(zhuǎn)錄和活性,暗示ZFP182和ZFP36基因又可以調(diào)控OsDMI3基因的表達。上述研究結(jié)果表明,在ABA信號通路中,OsDMI3和ZFP182/ZFP36之間可能存在一個交叉對話的機制:OsDMI3作為上游因子調(diào)控ZFP182和ZFP36基因的表達,而鋅指蛋白ZFP182和ZFP36作為轉(zhuǎn)錄因子,可

12、能通過直接作用于OsDMI3的啟動子區(qū)域或者通過作用于其他的一些激酶或者因子間接的對OsDMI3起調(diào)控作用。具體機制還有待于進一步深入的研究。
   本實驗室以往以玉米葉片作為材料的實驗闡明,在ABA信號途經(jīng)中,NADPH、H2O2和MAPK之間存在一個正反饋調(diào)節(jié)機制:即ABA誘導(dǎo)ZmrbohA-D基因的轉(zhuǎn)錄,增加RBOH的活性,誘導(dǎo)質(zhì)外體H2O2產(chǎn)生,活化MAPK,繼而通過激活相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子從而再次激活Rboh基因的表達,增加R

13、BOH的活性,導(dǎo)至H2O2的進一步產(chǎn)生,形成一個RBOH介導(dǎo)的ROS放大過程。但是,對于ZFP182和ZFP36是否參與這個正反饋調(diào)節(jié)過程并不清楚。本研究用NADPH的抑制劑(DPI)預(yù)處理能有效抑制ABA誘導(dǎo)的ZFP182和ZFP36基因的轉(zhuǎn)錄,說明在ABA信號系統(tǒng)中,Osrbohs基因位于ZFP182和ZFP36基因的上游。利用水稻原生質(zhì)體瞬時表達和dsRNA技術(shù)干擾ZFP182或ZFP36基因,對ABA信號相關(guān)的OsrbohB和O

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