拟南芥耐氧化突变体及其基因功能解析

Environmental stresses not only have great impacts on plant growth and development but also are major constraints of crop yield. Oxidative stress as secondary stress is common and important to all the environmental stresses. Hence improving oxidative stress tolerance is one of the important aspects of crop improvement for enhanced stress tolerance. Plants have evolved sophisticated ROS surveillance and scavenging systems to keep ROS level under control. Although the ROS scavenging systems are well known, the ROS signaling and regulatory mechanisms are not well understood. The goal of this project is to analyze further the paraquat tolerant mutants that we have isolated and discover novel components and unravel the molecular mechanisms underlying the enhanced tolerance against oxidative stress.

环境胁迫不但是植物生长发育、更是农作物产量的主要限制因素，而氧化胁迫在这些环境胁迫中占据重要份额，增强耐氧化性状是改良农作物抗逆性的一个重要方面。植物在进化过程中形成了有效清除活性氧（ROS）的防卫系统，虽然我们对这些防卫系统已经有了较清楚的认知，但 ROS作为细胞内众多生命过程的重要信号分子，一个较全面的氧化应激信号网络仍不清晰，还有许多重要组分需要被发现。本课题在获得拟南芥耐氧化突变体的基础上，继续解析耐氧化突变体及其相关基因功能，发现和研究植物氧化应激和耐氧化胁迫中新的组分，为改良农作物耐氧化性状提供理论依据和技术。

环境胁迫不但是植物生长发育、更是农作物产量的主要限制因素，而氧化胁迫在这些环境胁迫中占据重要份额，增强耐氧化性状是改良农作物抗逆性的一个重要方面。本课题在获得拟南芥耐氧化突变体的基础上，解析了耐氧化突变体pqt11D和pqt15D及其相关基因功能。PQT11基因功能解析证明该基因所编码的蛋白具有P450酶活性，能去甲基化将百草枯催化为N-去甲基百草枯（N-demethyl paraquat），进一步证明了N-去甲基百草枯对拟南芥无毒害，该工作是首次发现植物降解百草枯的机制。PQT15 编码一个具有外排百草枯功能的MATE transporter，pqt15D功能获得性突变体中的变异型PQT15-D/DTX6-D具有增强的百草枯外排功能，这是迄今唯一被鉴定的具有百草枯外排活性的植物MATE transporter，过表达PQT15-D/DTX6-D使拟南芥对百草枯的抗性接近商用水平。综上所述，我们的工作解析了pqt11D和pqt15D突变体抗百草枯的分子机制，首次发现百草枯在植物细胞内被降解和外排的两个新机制，为培育抗百草枯农作物提供了指南和候选基因。