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γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)普遍存在于生物界中。哺乳动物中, GABA主要是作为神经递质控制神经中枢系统的兴奋和抑制。在高等植物中 GABA和脯氨酸(Pro)一样,是一种渗透物质,遇到各种环境胁迫时在保护植物中起到关键作用。研究发现在遇到胁迫时,GABA和脯氨酸有同一个前体物质谷氨酸,在各自的代谢途径中谷氨酸脱羧酶(GAD)和⊿1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)分别是限速酶,但是在水胁迫时究竟是哪种代谢途径其主导作用还不是很清楚。植物在发育过程中会遇到各种环境胁迫。在应对不同胁迫时均会产生活性氧自由基,如OH·,O2-和H2O2。研究表明脯氨酸能清除氧自由基。然而 GABA是否具有清除自由基的功能尚不清楚,为此本研究试图探讨在水胁迫下谷氨酸的主要代谢途径以及比较 GABA和脯氨酸清除活性氧的能力。除了保护细胞免受损伤之外,GABA还参与了乙烯信号传导。研究表明乙烯能调控根端静止中心细胞的分裂,根端干细胞动态稳定的维持起着重要的调节作用。但是 GABA是否直接参与根端静止中心细胞分裂的调控,缺乏直接的证据。本论文旨在研究GABA调节根端静止中心细胞分裂的机理。 为探讨第一个问题,我们以烟草(Nicotiana tabacum. SR1)为研究材料,将叶片从植株上切下来置于室温环境下,让其连续失水模拟水胁迫,进而分析了水胁迫下烟叶中GABA和Pro的积累情况并比较了他们清除ROS的能力。为解决第二个疑问,我们以拟南芥野生型幼苗为研究材料,通过在培养基中加入 GABA的方法,从拟南芥的整体形态、根尖静止中心细胞形态及根冠细胞层数这几方面观察其形态变化,以编码 AP2型转录因子的PLT1基因和编码促进干细胞数目增加的同源域转录因子的WUS基因为切入点,以半定量技术探讨了GABA信号和这些基因表达的关系以探讨GABA对拟南芥根端干细胞动态稳定维持的调节机制,得到如下结果和结论: 1.该实验发现随着失水时间的持续,相对含水量急剧降低,说明该模拟条件适用水胁迫; 2. HPLC分析的结果表明,随着失水时间的持续烟草叶片中游离的谷氨酸含量逐步降低,而GABA和Pro的含量持续增加,暗示水胁迫诱导了GABA和Pro的生成; 3.在失水和正常条件下,叶片中GABA的含量都高于脯氨酸的含量。在16h失水状态下GABA的增加量远大于脯氨酸,暗示谷氨酸合成GABA可能是主要的代谢途径; 4.酶活性测定结果表明,GAD活性随着水胁迫程度的增加而增加,然而 P5CS活性却降低;荧光定量RT-PCR和western杂交也证实了上述结论。这些结果表明谷氨酸转变成GABA在水胁迫下是主要的代谢途径; 5.分光光度计比色法测定结果表明,GABA和Pro都能有效的抑制ROS的产生,但是 GABA清除 ROS的能力大于脯氨酸,尤其是 H2O2和1O2。说明水分胁迫环境下GABA的积累可能与清除ROS有关; 6.在培养基中添加1μM GABA后明显促进根的增长,说明1μM GABA对根的生长有促进作用; 7.幼苗根尖经过Lugol溶液及透明剂处理,在显微镜下观察根尖根冠细胞层数目及静止中心细胞数目,结果表明在根发育的第4 d,GABA处理的幼苗根尖根冠细胞层数比对照多1层;GABA处理的静止中心细胞比对照组静止中心细胞多1个,说明GABA可能促进静止中心细胞的分裂;在根发育的第8 d实验组和对照组根冠层数目相差不大; 8.根发育第4 d,添加了GABA后 PLT的表达量明显高于对照,而在发育的第8 d WUS基因表达高于对照。GABA可能通过对这两个基因表达的调节参与了静止中心细胞的分裂和分化。