马铃薯NADPH氧化酶Strboh基因调控块茎休眠解除的机制

Tuber dormancy and sprouting are important in potato planting, storage and process. NADPH oxidases of plant which catalyze the production of ROS and the enzymes regulate plant development and growth. Based on previous study, we found ROS accumulation may involved in tuber dormancy break, however, the production mechanism of ROS during tuber dormancy release progression was not yet well known. Here we firstly investigated several of physiological and biochemical events caused by ROS which mediated by NADPH oxidases in tuber from dormancy to sprouting, secondly we screened specific Strboh genes expression and characterized the gene function in response to tuber dormancy release, finally we identified the interaction between Strboh and plant phytohormone GA and ABA. This study will support to elucidate the molecular mechanisms of Strboh genes in regulating tuber dormancy and sprouting.

马铃薯块茎的休眠期对马铃薯的种植，储藏和加工具有重要影响。植物的NADPH氧化酶作为ROS的来源调控植物的生长和发育。本项目在前期研究的基础上，发现ROS与马铃薯块茎的休眠解除有关，但是休眠解除过程中ROS的产生和调控机制仍不清楚。因此，本研究通过检测NADPH氧化酶介导ROS参与的一系列生理生化事件，筛选特异表达的NADPH酶基因，并对其基因功能进行验证，进一步分析NADPH酶基因与植物激素GA和ABA相互关系，以期阐明马铃薯Strboh基因参与调控块茎休眠和发芽的机理。

马铃薯是世界第四大粮食作物，马铃薯块茎的休眠期对马铃薯的种植，储藏和加工具有重要影响。植物细胞中的NADPH oxidase通过控制ROS的生成，参与生长发育和信号转导。本项目系统研究了NADPH oxidase介导的ROS对马铃薯休眠解除的作用。研究结果表明，在马铃薯块茎休眠解除过程中，在顶芽分生组织检测到ROS的积累和NADPH oxidase活性的增强；进一步检测到细胞内非酶抗氧化物含量和过氧化物酶活性的降低，暗示细胞中ROS含量达到细胞激活的水平最终诱导休眠解除和芽分生组织的生长。利用外源H2O2和H2O2清除剂CAT酶的抑制剂处理能够促进马铃薯块茎发芽，而抑制NADPH oxidase活性能延缓马铃薯块茎离体芽复合体发芽；钙离子处理能诱导ROS生成并促进块茎离体芽复合体发芽；表明NADPH oxidase介导的ROS信号参与了马铃薯休眠解除。在马铃薯基因组中筛选鉴定到7个NADPH oxidase 合成基因（rbohA-F, H）, 其中rbohA和rbohB基因在休眠解除和休眠解除后芽组织特异表达；组织特异性表达分析也表明rbohA和rbohB均在块茎的芽组织中大量表达。外源激素处理表明rbohA和rbohB受ABA的诱导表达。亚细胞定位结果表明rbohA和rbohB均位于细胞脂膜上。进一步构建了rbohA和rbohB以及生长素响应因子ARF8基因的过表达和RNAi载体进行马铃薯遗传转化并获得转基因植株，初步证明rbohA基因对马铃薯休眠具有调控作用，在此基础上继续对rbohA基因和植物激素在马铃薯块茎休眠转化中的调控作用进行拓展研究。