拟南芥HD2D基因对根系发育及水分胁迫的影响机制

The land area of arid and semi-arid agriculture is about 52.5% in China, Water shortage seriously restricts the plant growth, development, survival and distribution, plants can not initiative to avoid water damage, only via their physiological and biochemical changes to enhance their resistance and stress tolerance. Therefore, the improvement of crop drought resistance capacity and ability is the key to increase Chinese arid and semiarid region productivity of land. Previous research found that Arabidopsis thaliana HD2s (Histone deacetylase 2s) gene over expression could regulate the development of plant and reduce the sensitivity of plant to ABA, drought stress tolerance of plant is significantly improved, There is no person involved in HD2D gene family in root development and the influence of plant drought tolerance mechanism. For this purpose, in this project Arabidopsis thaliana (ecotype Columbia) wild type, HD2D gene over expression and T - insert HD2D gene silence line are used as research materials, According to the research result of HD2 gene over expression in Arabidopsis thaliana, HD2D gene and gene associate with root development expression quantity in root, root tissue microstructure difference; Specific protein interacted with HD2D protein expression differences under water stress, Take into account the related physiological drought parameter measurement, explore histone modification of plant to root development, establish the relationship between the plant response mechanism under water stress and histone covalent modification.

中国干旱半干旱区占全国土地面积的52.5％，水分匮乏严重制约着植物的生长、发育、生存与分布，植物不能主动地躲避缺水的伤害，只能通过自身的生理生化变化增强抗性。因此，作物抗旱能力的改善是提高中国干旱半干旱区土地生产力的关键。已有的研究发现，拟南芥HD2s基因的超表达可以调节植物发育、减小植株对ABA的敏感度，明显提高植株抵抗环境胁迫的能力。目前，有关HD2D基因功能研究较少有人涉及。本项目用拟南芥（生态型Columbia）野生型、HD2D基因超表达株系和T-插入HD2D基因沉默株系为研究材料，通过研究HD2D基因超表达在植物根部组织表达量、根系组织显微结构的差异、根系发育相关基因及水分胁迫时与HD2D蛋白互作特异性蛋白表达的变化，推导基因、蛋白的互作关系。结合抗旱相关生理生化指标的测定，探索去乙酰化修饰对植物根系发育的影响机理，确立水分胁迫下植物的应答反应与组蛋白共价修饰间的关系。

中国干旱半干旱区占全国土地面积的52.5％，水分匮乏严重制约着植物的生长、发育、生存与分布，因此，改善作物抗旱能力是提高中国干旱半干旱区土地生产力的关键。对解决旱区农业生产的困境具有重要意义。.本项目组采用拟南芥的野生型（WT）、超表达株系（OAtHD2D）及HD2D基因T-插入突变株系（mAtHD2D）为实验材料，从HD2D基因超表达后组蛋白修饰对植物根系发育的影响入手，探讨HD2D基因表达对植物逆境适应能力的影响。.叶片显微结果显示：在干旱条件下，超表达株系通过增加叶片厚度、栅栏组织和海绵组织厚度来提高光能利用率和储水能力。AtHD2D基因超表达提高了苗期拟南芥叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度，降低了胞间CO2 浓度; 提高了最大荧光量( Fm) 、PSⅡ的最大光能转换速率( Fv /Fm) 和光化学淬灭系数( qP)，提高了植物的光合效率。有利于植物生存和生长。.超表达HD2D基因植株的根系维管束数量、各组织及其细胞之间的连接形式和连接强度均高于野生型及突变体株系。超表达株系通过根系内皮层增厚、皮层薄壁组织厚度减小而增强根系的吸水能力。根系发达程度较高的超表达株系对干旱具有更强的适应能力和抵抗力。根系发育相关基因的实时定量PCR结果显示超表达株系（OAtHD2D）根系发育相关基因（ALF4）的表达量均高于野生型及突变株系（mAtHD2D）。根系延长相关基因HY5、SUR1的抑制表达。.与胁迫相关的生理生化指标分析表明超表达AtHD2D基因能够显著提高植物的抗逆能力。超表达OAtHD2D植株适应逆境胁迫的能力较强。包括渗透调节物质MDA、Pro含量的提高。抗氧化酶SOD、POD、APX活性增加等等。超表达株系叶片内抗氧化酶能保持较高的活性,能有效清除体内因干旱胁迫产生的活性氧。通过水分胁迫时与HD2D蛋白互作特异性蛋白分析确定了HDA6蛋白的表达量变化最为明显。.本项目的科学意义在于初步证明基因组的转录调控和染色体的结构与功能两大领域之间存在一定联系，证实HD2D基因能够显著调节植物的根系发育及逆境适应。超表达AtHD2D基因提高植株逆境适应能力的分子机制及信号传导过程，需要更为深入、全面的研究。