论文部分内容阅读
L-半乳糖途径是植物抗坏血酸(ascorbic acid, AsA)合成的主要途径。GDP-甘露糖焦磷酸化酶基因(GDP-mannose Pyrophosphorylase, GMPase)，是L-半乳糖途径的关键调控基因，对调控植物AsA合成具有重要作用。水稻基因组编码三个 GMPase同源基因 OsVTC1-1、OsVTC1-3和OsVTC1-8。实验室前期研究证明水稻GMPase同源基因中OsVTC1-1在水稻AsA合成中发挥主导作用；OsVTC1-3在水稻AsA合成中的功能未知；OsVTC1-8可能不参与水稻体内AsA合成调控。上述结果表明水稻GMPase同源基因对AsA合成可能具有与拟南芥不同的调控功能。为此我们对GMPase同源基因OsVTC1-1和OsVTC1-3在水稻AsA合成和胁迫应答中的功能做了进一步的研究。 通过测定OsVTC1-1和OsVTC1-3干扰材料地上与地下部分AsA含量，发现OsVTC1-1干扰材料叶片中AsA含量明显降低，根部AsA含量与野生型相比无明显差异；而OsVTC1-3干扰材料根中的AsA含量明显降低，但叶片中AsA含量与野生型相比却并无差异。结果表明与拟南芥不同，水稻GMPase同源基因在调控AsA合成时有分工，不同的GMPase同源基因负责水稻体内不同部位的AsA合成。植物AsA合成依赖于光照，所以持续光照促进叶片AsA合成，持续暗处理抑制叶片中AsA合成。我们发现干扰OsVTC1-3在水稻中的表达，并不显著影响持续光、暗对水稻叶片中AsA合成的调控；而干扰OsVTC1-1的表达则显著抑制了持续光照和持续暗对水稻叶片中AsA合成的调控。上述结果表明OsVTC1-1参与水稻叶片中的AsA合成，且在光调控AsA合成中具有重要功能；OsVTC1-3主要参与调控水稻根部AsA合成，不参与光调控的AsA合成。 在高盐、干旱或高/低温等不利的环境胁迫下，植物可以通过在转录和蛋白水平分别调节GMPase基因表达和酶活性来调节植物胁迫耐性。研究发现NaCl显著诱导OsVTC1-1的表达，而渗透胁迫(PEG)可以显著诱导 OsVTC1-3的表达，表明 OsVTC1-1可能参与盐胁迫应答，而OsVTC1-3参与渗透胁迫应答。暗示OsVTC1-1和OsVTC1-3可能参与不同的胁迫应答。 研究发现异源过表达OsVTC1-1不仅可以恢复拟南芥AsA合成突变体vtc1-1中AsA含量，而且可以显著提高vtc1-1的耐盐性。进一步研究发现干扰OsVTC1-1表达不仅降低了苗期水稻对盐胁迫的耐性，而且降低了盐胁迫下水稻分蘖和穗部的发育，影响水稻的结实率。上述结果表明OsVTC1-1不仅对苗期水稻，而且对生殖期水稻的盐胁迫耐性也具有重要作用。此外，我们发现盐胁迫后OsVTC1-1干扰株系中ROS和MDA含量显著高于野生型，叶绿素含量显著低于野生型，施用外源AsA可以恢复OsVTC1-1干扰株系对盐胁迫的耐性。综上结果表明，OsVTC1-1可通过调控水稻体内AsA含量，清除逆境下过量生成的ROS，进而参与水稻的盐胁迫应答。 对OsVTC1-3的研究发现PEG处理明显抑制OsVTC1-3的干扰株系及突变体根系的生长，降低了水稻对PEG处理的耐性，而过表达OsVTC1-3则显著提高水稻对PEG处理的耐性。此外，研究发现外源AsA能部分恢复OsVTC1-3干扰株系和osvtc1-3突变体根系对PEG处理的耐性，表明OsVTC1-3可能通过依赖于AsA合成的途径和非依赖于AsA合成的途径参与水稻的渗透胁迫应答。