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作物学报 2021年第3期47卷 472-480页

作者：周练刘朝显熊雨涵周京蔡一林西南大学玉米研究所/农业科学研究院/南方山地作物逆境生物学国家级培育基地重庆400715

质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)是水通道蛋白主要亚家族成员之一,在植物生长发育过程中具有重要调节功能。前期研究表明,玉米zmpip1;1基因表达受到渗透和盐胁迫的强烈诱导,但其在玉米中的生物学功能尚不明确。... 详细信息

质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)是水通道蛋白主要亚家族成员之一,在植物生长发育过程中具有重要调节功能。前期研究表明,玉米zmpip1;1基因表达受到渗透和盐胁迫的强烈诱导,但其在玉米中的生物学功能尚不明确。本研究通过玉米遗传转化获得了zmpip1;1超表达转基因株系,干旱胁迫实验揭示了zmpip1;1超表达转基因株系较野生型具有较低的水分散失率及较强的干旱胁迫耐性。转录组测序结果表明参与ABA生物合成及其信号通路相关基因的表达水平发生了显著变化。在田间正常生长条件下,zmpip1;1超表达转基因植株与野生型在生长发育过程中没有明显差异,但转基因玉米株系具有较高的光合效率,粒宽和百粒重增加,玉米单果穗的产量提高。此外,通过荧光双分子互补实验观察到zmpip1;1和zmpip2;6蛋白在玉米叶肉细胞原生质体的细胞质膜和叶绿体膜上存在互作,并且可能导致了zmpip蛋白的重定位。该研究为zmpip1;1分子机制的解析奠定了重要基础,为玉米高光效分子设计育种开辟了新的途径。

关键词：玉米 zmpip 干旱胁迫光合作用重定位

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Effects of short-term osmotic stress on leaf hydraulic conductivity and zmpips mRNA accumulation in maize seedlings

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Journal of Integrative Agriculture 2016年第11期15卷 2497-2506页

作者： WANG Wei-feng ZONG Yu-zheng ZHANG Sui-qi State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau/Institute of Soil and Water Conservation Northwest A & F University College of Forestry Shanxi Agricultural University College of Agriculture Shanxi Agricultural University

Plants maintain water balance by varying hydraulic properties, and plasma membrane intrinsic proteins（PIPs） may be involved in this process. Leaf xylem and root hydraulic conductivity and the m RNA contents of four highly expressed Zm PIP genes（Zm PIP1;1, Zm PIP1;2, Zm PIP2;2, and Zm PIP2;5） in maize（Zea mays） seedlings were investigated. Under well-watered conditions, leaf hydraulic conductivity（K_（leaf）） varied diurnally and was correlated with whole-plant hydraulic conductivity. Similar diurnal rhythms of leaf transpiration rate（E）, K_（leaf） and root hydraulic conductivity（K_（root）） in well-watered plants are important for maintaining whole-plant water balance. After 2 h of osmotic stress treatment induced by 10% polyethylene glycol 6000, the K_（root） of stressed plants decreased but K_（leaf） increased, compared with well-watered plants. The m RNA contents of four Zm PIPs were significantly up-regulated in the leaves of stressed plants, especially for Zm PIP1;2. Meanwhile, Zm PIP2;5 was significantly down-regulated in the roots of stressed plants. After 4 h of osmotic stress treatment, the E and leaf xylem water potentials of stressed plants unexpectedly increased. The increase in K_（leaf） and a partial recovery of K_（root） may have contributed to this process. The m RNA content of Zm PIP1;2 but not of the other three genes was up-regulated in roots at this time. In summary, the m RNA contents of these four Zm PIPs associated with K_（leaf） and K_（root） change in maize seedlings during short-term osmotic stress, especially for Zm PIP1;2 and Zm PIP2;5, which may help to further reveal the hydraulic resistance adjustment role of Zm PIPs.

关键词： maize short-term osmotic stress hydraulic conductivity zmpip

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ROS介导玉米根系水导对ABA的瞬时响应

ROS介导玉米根系水导对ABA的瞬时响应

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作者：田又升西北农林科技大学

学位级别：硕士

植物激素脱落酸ABA是一种重要的响应水分胁迫的调节因子,在调节植物的水分平衡以及诱导胁迫的耐性方面起着重要作用。ABA通过调节AQP的表达和活性而促进根系的Lpr,这种功能既是一种瞬时效应,也是一种长时程效应。长时效应是影响水孔蛋... 详细信息

植物激素脱落酸ABA是一种重要的响应水分胁迫的调节因子,在调节植物的水分平衡以及诱导胁迫的耐性方面起着重要作用。ABA通过调节AQP的表达和活性而促进根系的Lpr,这种功能既是一种瞬时效应,也是一种长时程效应。长时效应是影响水孔蛋白的含量引起的。瞬时效应即ABA处理1h后,细胞水导达到峰值,2 h后又回到对照水平,目前其机制还不了解。ROS,尤其是H2O2近年来成为调节水孔蛋白活性,进而调节Lpr的一种新的信号分子。由于H2O2处理在15min内就可以使Lpr降低约90%,所以我们推测ROS可能介导了 ABA对Lpr的瞬时促进效应。为了验证这一推测,我们以玉米(郑单958)为材料,设置的处理为ABA的浓度梯度(0μM,2μM,5μM,10μM的ABA处理1h)和时间梯度(5μM的ABA处理0min,30min,1h,3h),分别测定各处理下的Lpr,活性氧含量,抗氧化酶活性及基因表达,NADPH氧化酶和zmpip的基因表达和zmpip的蛋白表达。本研究揭示植物根系水分传输对非生物逆境信号的感知、传递和应答机制,对于维持逆境下植物的水分平衡具有重要的理论意义。本研究所得的结果如下1.用压力室技术测定了不同浓度ABA处理同一时间和同一浓度ABA处理不同时间对离体玉米根系Lpr的影响,发现在供试玉米品种根系上,Lpr对ABA的响应既有浓度效应,又有时间效应。发现5μM的ABA处理30min就使Lpr显著增加,1h时达到峰值。2.ABA处理有瞬时降低玉米根系ROS含量的作用,这种效应具有浓度依赖性。ROS含量的变化规律正好与Lpr的变化规律相反,说明可能正是ROS含量的降低导致了ABA对Lpr的瞬时刺激作用。3.ABA处理玉米根系1h,四种抗氧化酶活性都随ABA浓度上升而显著增加,对应于随ABA浓度增大,ROS含量降低。说明ABA处理显著改变了玉米根系酶促防御系统的活性。4.在玉米根系中至少在1h内由NADPH氧化酶介导的受ABA诱导的ROS的合成量是很小的。短时间内ROS的合成未发生变化,但酶促清除系统活性和基因表达都发生显著的变化,从而导致ROS含量的瞬时降低。5.玉米根系中PIP的表达对ABA浓度很敏感,低浓度就可以引起显著的刺激效应,随浓度进一步增大,PIP的表达维持恒定或甚至下降。不同亚类中增幅大于100%的有zmpip2;1、zmpip2;4、zmpip2;6和zmpip1;1,其它亚类增幅介于30%-85%之间。总趋势是zmpip2类的增幅大于zmpip1类的增幅。在时间梯度上,ABA处理30min时zmpip的表达除未增加之外,有些亚类的表达还有轻微降低的现象;显然,在zmpip基因表达水平并不能圆满解释Lpr随ABA处理时间的变化趋势,而在短时间内可能主要由蛋白活性的变化引起。6.zmpip1;2和zmpip2;1的蛋白表达在ABA处理30min后没有增加。因此ABA处理下水导的瞬时增加不是由zmpip蛋白表达量增加引起的,短时间内可能由ABA处理激活PIP蛋白活性引起的。因此,ABA可能主要是通过诱导抗氧化防御系统(促进了抗氧化酶的活性和基因表达),从而降低ROS的含量来介导Lpr的瞬时增加。

关键词： ABA Lpr ROS 抗氧化酶 NADPH氧化酶 zmpip

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