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渗透胁迫条件下转录因子TERF1调控烟草种子萌发的分子机制

渗透胁迫条件下转录因子TERF1调控烟草种子萌发的分子机制

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作者：刘洪志中国农业科学院

学位级别：硕士

种子萌发是植物生长发育的第一步,快速且一致的萌发对幼苗的建成及最终产量具有重要意义。渗透胁迫抑制植物的生长发育,种子萌发对渗透胁迫尤为敏感。因此,阐明渗透胁迫下调控种子萌发的机制并提高种子在渗透胁迫条件下的萌发能力具有... 详细信息

种子萌发是植物生长发育的第一步,快速且一致的萌发对幼苗的建成及最终产量具有重要意义。渗透胁迫抑制植物的生长发育,种子萌发对渗透胁迫尤为敏感。因此,阐明渗透胁迫下调控种子萌发的机制并提高种子在渗透胁迫条件下的萌发能力具有重要的理论和实践价值。乙烯响应因子(Ethylene response factor,缩写为ERF)转录因子家族是乙烯信号转导途径中的关键转录因子。许多证据表明,ERF基因参与了植物生长发育以及对生物胁迫和非生物胁迫的响应过程。乙烯已被证明可以促进种子萌发,但其潜在机制尚不清楚。番茄乙烯响应因子I(Tomato Ethylene Responsive Factor 1,缩写为TERF1)是利用酵母单杂交的方法从番茄中获取的一个激活乙烯信号转导的ERF类转录因子。前期研究表明:过表达TERF1可以提高植物对干旱、盐渍的耐受性。本研究通过农杆菌侵染法获得了过表达TERF1烟草的纯合株系,研究了渗透胁迫条件下TERF1调控种子萌发的分子机制。主要结果如下:1.种子萌发实验表明,过表达TERF1可以显著促进种子在水处理、甘露醇模拟的渗透胁迫条件下的萌发,且过表达TERF1种子和野生型种子之间的萌发差异与种子休眠程度无关;2.比较转录组分析结合功能验证后得知渗透胁迫条件下转录因子TERF1强化了赤霉素(Gibberellin Acid,缩写为GA)信号转导并抑制了脱落酸(Abscisic Acid,缩写为ABA)信号转导从而降低了种子萌发过程对渗透胁迫的敏感性。TERF1对GA信号途径的激活是不依赖GA合成。通过抑制ABA信号转导,TERF1激活质膜HATP酶促进细胞膨大从而促进种子萌发;3.转录因子TERF1降低了种子萌发过程中的活性氧水平,进而抑制内质网胁迫从而种子萌发;4.转录因子TERF1在渗透胁迫下通过促进糖代谢激活靶向雷帕霉素激酶(Target of Rapamycin Kinase,缩写为TOR)以及己糖激酶I(Hexokinase 1,缩写为HXK1)途径促进种子萌发。通过激活TOR,TERF1分别通过抑制细胞自噬和促进蛋白翻译来促进种子萌发。而TERF1介导的HXK1信号途径则通过抑制ABA信号转导和降低活性氧水平促进种子萌发。综上所述,本研究解析了TERF1在种子萌发过程中的功能,通过转录组分析及功能验证证实TERF1通过调控GA和ABA两个关键信号转导途径促进种子萌发;本研究拓展了我们对乙烯信号转导途径及ERF类转录因子在种子萌发阶段功能的认知,对提高种子在非生物胁迫下的萌发具有重要的理论和实践价值。

关键词：种子萌发乙烯信号转导脱落酸信号转导赤霉素信号转导渗透胁迫

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