一氧化氮介导植物对干旱胁迫的反应机理研究

Drought stress is a world-wide problem and seriously affects crop yields. Up to now,many research groups pay more attention to mechanisms involved in drought stress tolerance and develop different genetic approaches to improve plant tolerance in response to drought stress.Nitric oxide (NO) plays important roles in the regulation of plant growth and development and in response to environment. However, the mechanism of nitric oxide involved in plant development and stress response remains largely unknown. Using transgenic Arabidopsis plants with increased intracellular NO, we will test the secondary effects of transgene on Arabidopsis and stress resistance of transgenic lines. Further molecular mechanisms will be ellucidated from biochemical and molecular levels.The cross-talk between NO and other hormones in the presence of drought stress will be monitored after transcriptomic analysis. We will further test the function of S-nitrosylated proteins and target genes regulated by NO. The result of this project will shade a light on the role of NO signal during abiotic stress and provide a possible approach to enhance crop resistance to abiotic stress through increased NO content.

干旱胁迫是全球性的问题，严重影响了农作物的产量。对植物耐干旱机制的研究并利用各种途径来提高植物抗旱性能，培育抗旱品种，其意义重大。一氧化氮(NO)直接或间接参与了植物生长发育的诸多生理过程，同时在与环境条件的相互作用中起着重要的作用。然而，对于一氧化氮在植物逆境应答中中发挥作用的分子机理知之甚少。本项目通过研究体内一氧化氮对植物干旱胁迫应答的影响，明确一氧化氮对植株生长发育，生理生化代谢以及分子水平的影响。利用生物信息学的途径来分析一氧化氮是如何通过调控激素信号途径或代谢途径来参与植物对干旱胁迫反应。对已确认的受一氧化氮调控的差异表达的基因和S-亚硝基化修饰的蛋白，进一步研究这些基因在干旱胁迫下的功能，系统地解析一氧化氮在植物干旱胁迫防御反应中分子调控网络，明确一氧化氮与植物激素共同调控植物干旱胁迫的分子机制，为下一步探讨通过提高一氧化氮含量而增强经济作物的抗性提供理论依据。

在非生物胁迫的早期信号传导过程中，小分子物质包括活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)、脱落酸(ABA)、硫化氢(H2S)和多胺(Polyamine)等的交叉互作发挥着重要作用。本研究主要以双子叶模式植物拟南芥为研究对象，发现内源NO含量的升高可以调控大量基因的表达，包括激活ABA受体(AtPYL4和AtPYL5) 以及锌指蛋白-AtZAT6的表达；而AtPYL4和AtPYL5以及锌指蛋白-AtZAT6的过表达植株可以通过调节活性氧代谢和渗透调节物质的积累而增强抗旱性。利用过表达或突变精氨酸酶基因(ARGAH)的手段，通过促进或阻断精氨酸水解成鸟氨酸的代谢途径，从而改变植物体内精氨酸代谢以及下游多胺和一氧化氮（NO）的含量，来达到改变植物对非生物逆境抗性的目的。这些结果丰富了对NO信号转导机制的认识，为系统认识NO在植物响应干旱胁迫防御反应中的作用提供理论依据，实践上将对作物产量的提高及环境保护、实现现代农业持续发展起到重要作用。通过研究内源NO升高的nNOS植株和可以被S-亚硝基化修饰的SNOP1家族对干旱胁迫的应答，从而可以揭示NO的信号传导中的相关关键因子（分离得到的NO调控的下游基因）、生理生化变化和分子网络调控机制。结合非模式植物草坪草狗牙根，集中研究了NO在植物非生物胁迫中的功能及生理机制，主要从NO与其他小分子物质如硫化氢(H2S)和多胺(Polyamine)之间的交叉互作角度研究了它们在植物非生物胁迫中的调控机制。