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γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)是植物体内一种重要的非蛋白组分氨基酸,对于植物的生长发育起着重要的调控作用。在胁迫条件下,GABA会大量积累,清除活性氧(ROS),减缓高浓度ROS对植物的损伤。内复制是有丝分裂的一种特殊形式,是指在一个细胞周期中,DNA发生复制但细胞不进行有丝分裂的过程,发生内复制的细胞通常有更大的增长潜能以及更强的胁迫抗性。在细胞水平,内复制现象也对多种胁迫有着普遍性的响应。为研究GABA合成代谢和细胞内复制之间的关系,本研究以GABA合成突变体(gad1,gad2,gad1/gad2)为实验材料,从细胞倍性分析入手,分析了细胞周期调控因子的表达变化,旨在探讨GABA代谢影响内复制的分子机理。实验结果表明:1.采用Image J测量各个突变体的叶片面积。结果表明,在正常生长条件下,GABA合成突变体叶片面积大于野生型拟南芥的叶片面积。第8d叶龄时,gad1,gad2两种突变体的第一对真叶的叶面积是野生型的1.3倍,gad1/gad2双突变体叶片面积是野生型的1.8倍,说明GABA合成突变会导致拟南芥叶片面积增大,且双突变体中差异更为明显;2.进一步研究表明,GABA合成突变体叶片表皮的细胞平均面积大于野生型,第8d叶龄时,gad1,gad2两种突变体第一对叶片表皮的平均细胞面积是野生型的1.2倍,gad1/gad2双突变体第一对叶片表皮的平均细胞面积是野生型的1.4倍,说明GABA合成突变会导致拟南芥叶片表皮细胞面积增大,且双突变体中差异更为明显;3.突变体叶片流式细胞分析表明,在叶片发育早期(8天龄第一对真叶),和野生型相比,GABA合成突变体叶片中更早出现内复制的8倍体细胞;在叶片发育晚期(21天龄第一对真叶),突变的叶片中高倍性的细胞所占的比例高于野生型,说明GABA合成突变可以促进拟南芥叶片细胞发生内复制;4.CDC6是细胞周期G1/S期前复制复合体(pre-RC)中的重要组分,其活性调节影响细胞增殖和分化。qRT-PCR结果显示,gad1/gad2双突变体中CDC6的表达量上调8倍左右,说明GABA合成突变可能会促进细胞周期早期内复制相关的DNA合成;5.有丝分裂CDK活性的抑制因子SIAMESE(SIM)及S M R(S I A M E S E-R E L A T E D)表达的定量分析表明,SIM/SMR家族基因普遍上调,其中gad1突变体中SIM/SMR的表达量上调2-5倍,gad2突变体中SIM/SMR的表达量上调4-6倍,gad1/gad2双突变体中SIM/SMR的表达量上调6-17倍;说明GABA合成突变可能会促进细胞周期相关蛋白抑制基因的表达,且双突变的突变效果更为明显;6.直接调控内复制的发生的CYCD3;1以及CDKA;1定量分析表明,在突变体中这两种基因的表达下调,其中gad1,gad2突变体中CYCD3;1的表达量是野生型中的0.2倍左右,gad1/gad2双突变体中CYCD3;1的表达量是野生型中的0.1倍左右;gad1突变体中CDKA;1的表达量是野生型中的0.4倍左右,gad2突变体中CDKA;1的表达量是野生型中的0.2倍左右,gad1/gad2双突变体中CDKA;1的表达量是野生型中的0.1倍左右;说明GABA内源合成缺失在细胞周期早期影响内复制的发生。这意味着GABA代谢对植物正常发育过程起着一定的调节作用。