硝酸还原酶在NO产生和ABA调节的种子热休眠中的关键作用

种子萌发的热休眠是一种普遍的生物学现象，在种子萌发的季节选择中起重要的生态作用；但到目前为止，种子萌发的热休眠机理仍然不清楚。本项目利用莴苣种子具有典型的热休眠特性作为研究体系；采用共聚焦显微技术、气相色谱-质谱、基因克隆和蛋白质组等技术；研究种子萌发对温度和光照的响应，确定种子萌发与热休眠的温度阈值；研究硝酸还原酶(NR)在一氧化氮(NO)的产生和种子萌发与热休眠中的作用；脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)生物合成与降解的关键基因对种子萌发与热休眠的控制；NO信号对ABA和GA生物合成与降解关键基因和ABA水平的调控；以及与种子萌发和热休眠相关的蛋白质组变化。研究结果将建立NR介导产生的NO是释放ABA控制的种子热休眠的关键信号的假说，为解释种子热休眠的机制和热休眠的人工控制提供新的知识与技术。

莴苣 (Lactuca sativa L.) 种子具有明显的热休眠特性，严重制约莴苣的栽培区域和栽培时间。关于种子热休眠产生的生理生化机制至今仍旧不清楚。本项目以尖叶先锋1号莴苣 (Lactuca sativa 'Jianye Xianfeng No. 1') 种子为材料，研究了NO信号和ABA信号在种子热休眠与萌发中的作用及其相关的分子生理机制。. 研究结果表明，硝酸盐明显地降低种子萌发热抑制，这种作用被一氧化氮 (NO) 清除剂显著地阻止。种子萌发对外源ABA的敏感性随着温度的上升而增加。种子萌发热抑制被氟啶酮(fluridone，ABA生物合成的抑制剂) 和GA3明显降低，被烯唑醇 (diniconazole，ABA 降解代谢酶ABA 8'-羟化酶抑制剂) 和多效唑 (paclobutrazol，GA生物合成的抑制剂) 增加。氟啶酮降低种子萌发热抑制的作用被多效唑显著地拮抗；GA3的作用被氟啶酮促进；硝酸盐的作用被多效唑, 烯唑醇和ABA拮抗，被GA3和氟啶酮促进。. 蛋白质组学研究表明， 19个蛋白的累积丰度在萌发的种子显著高于未萌发的种子。编码这些蛋白的基因中，有12个基因表达与蛋白积累一致。在这些蛋白中，甲羟戊酸 (MVA) 脱羧酶、3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA合酶2 和乙酰-CoA乙酰基转移酶属于类异戊二烯生物合成的MVA途径。与这个途径有关的许多基因的表达和种子的萌发能力成正相关。施加MVA途径的抑制剂洛伐他汀延迟种子的萌发，并增加萌发对ABA的敏感性，而激动素促进种子在热抑制温度下萌发。. 以适宜温度水中吸胀以及亚适宜温度水和 SNP中吸胀不同时间的莴苣种子为材料，我们利用Illumina 双末端测序技术组装了萌发莴苣种子的转录组。一共获得 51,792 个独立基因 (unigenes)，其中注释的 unigenes 有 29,542 个。在这些 unigenes 中，8,810 unigenes 涉及 260 个途径，被分为 5 个主要表达类型。一些 unigenes，如ABA信号的蛋白，包括11个ABA受体，94 个蛋白磷酸酶2C 和 16 个蔗糖非发酵1-相关蛋白激酶是首次在莴苣中被注释。. 上述结果将帮助我们更好的理解种子萌发和萌发热抑制，为解决种子萌发热抑制问题提供重要的理论依据。