铝诱导细胞程序性死亡信号转导的线粒体途径研究

以花生为材料，研究铝胁迫下根尖细胞线粒体的生理生化变化，如呼吸速率、细胞色素c、H2O2、O2 -、NO含量，保护酶、半胱氨酸酶、Ca2+-ATP酶活性，Ca2+释放，通透性转换孔和膜电势变化；加入外源Ca2+、ROS、NO或它们的供体和抑制剂前处理，铝对根尖细胞PCD产生、线粒体生理生化特性的影响；克隆到BI-1基因全长，研究其在不同处理条件下的表达特性。以证实Ca2+、ROS、N0是否为铝诱导PCD的信号因子，以及铝诱导PCD信号转导的线粒体途径；阐明在一定浓度和时间的铝胁迫下，植物受到刺激，产生一定浓度的ROS和/或NO，诱导线粒体通透性转换孔开放，影响跨线粒体膜Ca2+转运系统，细胞色素c、Ca2+等释放到细胞质中，BI-1表达下调，激活半胱氨酸蛋白酶，从而诱发PCD，敏感植物较耐铝植物更容易诱导发生PCD而受毒害。

以花生为材料，研究了铝诱导花生根尖细胞PCD条件下线粒体生理和相关基因变化，解释铝诱导花生根尖细胞发生PCD的线粒体信号途径。主要结果有：在发生PCD铝浓度处理下，花生根尖线粒体活性氧及其清除酶活性发生明显变化，存在活性氧迸发，线粒体功能失调，膜特性明显变化。克隆到与呼吸代谢和信号转导相关的花生AhSAG、AhBI-1、AhAOX、AhHSP70、AhMPK3、AhMPK6、AhMKK4、AhAPX等基因全长或者中间片段，转基因功能鉴定和荧光定量表达分析表明AhSAG基因属于衰老诱导增强型基因，铝诱导花生衰老基因AhSAG表达，从而诱导或促进PCD的发生。适当浓度的外源NO能够缓解花生Al毒害作用，抑制铝诱导PCD发生，其作用机制为通过降低诱导PCD发生的AhSAG 基因表达。适当浓度外源Ca2+能够抑制铝诱导PCD的发生，缓解花生铝毒害的作用。综合提出铝诱导植物PCD的线粒体作用途径，H2O2、NO、Ca2+在其中充当信号因子作用，上调SAG等基因表达，导致PCD发生。还用13对引物对28个不同来源花生栽培品种进行ISSR多态性和亲缘关系分析；建立了花生细胞悬浮培养体系；应用荧光技术和流式细胞仪研究也证实铝能够诱导花生悬浮细胞发生PCD；发明一种简易纯化柱提取纯化核酸的新技术，以及一种外显子保守序列扩增多态性分子标记。