拟南芥APX家族基因在植物生长发育与非生物逆境胁迫响应中的作用分析

摘要：

活性氧造成的氧化胁迫是植物主要非生物逆境胁迫之一.在不利的生长条件下,植物细胞内的各种代谢过程不协调可导致过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)含量增加,从而对细胞造成多种威胁和伤害.抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是植物中清除H2O2的一种重要酶,拟南芥(Arabidopsis thaliana)APX家族包括8个成员:APX1～APX6、sAPX和tAPX.本研究以拟南芥野生型和突变体为材料,对拟南芥不同发育时期和不同逆境胁迫下的8种APX基因表达模式进行了分析,同时研究了其相应的缺失突变体对盐、干旱和热胁迫的耐受性.mRNA差异表达模式分析显示:在拟南芥生长的第4～8周,APX1表达量最高,APX2表达量最低,APX4、sAPX和tAPX随着生长发育的时间进程表达量逐渐减少,但APX6表达量不断增加;在非生物胁迫下,APX1、APX2和APX6受热胁迫诱导表达明显,sAPX响应盐胁迫,APX3和APX5对盐、干旱和热胁迫均表现出明显的诱导表达应答.盐和干旱胁迫耐受性分析结果表明:无论是在拟南芥的萌发期还是成熟期,任何一个APX基因缺失均使抗逆性降低;在萌发期,与盐胁迫相比,突变体对干旱胁迫更敏感;在成熟期,与野生型和其他突变体相比,apx1和apx6对盐和干旱胁迫更加不耐受.生理指标检测结果显示:干旱胁迫10 d后,所有突变体植株中的H2O2含量均明显高于野生型,其中apx1、sapx和tapx中最高;盐胁迫5 d后,突变体中丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量显著高于野生型;热胁迫2 h就会导致apx1、apx2和apx6中H2O2和MDA含量大幅增加,其中在apx2中最高.本研究结果表明,拟南芥APX基因家族的8个成员均不同程度地参与植物生长发育及非生物胁迫响应的过程,在不同发育时期或逆境响应过程有特定的一种或几种APX发挥主要作用.

关键词：拟南芥(Arabidopsis thaliana)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、活性氧(ROS)、逆境响应

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资助基金：国家自然科学基金项目81701868,31470399,31872672;山西省重点研发计划项目201803D31069

在线出版日期：2019-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：534-547