手性除草剂咪唑烟酸对拟南芥生物钟及其相关代谢功能调控的选择性差异研究

手性是自然属性，一切涉及生命活动过程往往存在对映体选择性。近年研究表明，手性除草剂影响高等植物生长开花，并存在对映体差异。植物开花过程受生物钟基因等多途径调控，但至今没有从生物钟等代谢途径来研究手性除草剂分子机理的报道。咪唑烟酸（IM）是常用手性除草剂，拟南芥生长周期短、个体和基因组小，是典型模式植物。先期实验发现：较高浓度R-IM抑制拟南芥生长开花，而低于一定浓度时促进开花，且与S-IM效应呈显著差异。本项目运用荧光定量PCR和基因芯片技术探索对映异构体对生物钟基因及其它代谢途径的调控差异，利用拟南芥开花突变体解析IM在生物钟途径中的靶标基因，阐明对映体选择性以及浓度差异性在分子水平的调控机理。本研究从手性层面反映除草剂在植物生长、开花过程中的选择性，更真实反映手性除草剂的毒理机制，及除草剂在除草与植物生长调节剂间的角色转换，这对我国除草剂的生产和使用具有指导意义。

本项目分别从生理水平、细胞形态水平及分子水平深入探讨了手性除草剂咪唑乙烟酸(IM)在拟南芥叶绿素合成、光合作用、开花时间、拟南芥生殖期花器官发育、后期果实形成、子二代遗传水平等方面的对映选择性作用。结果显示，IM胁迫刺激了依赖NDH-H而不是FD的途径来促进环式电子传递，促进ATP合成。R-IM较S-IM在叶绿素合成、光合作用等方面具有更强的抑制作用，R-IM通过抑制叶绿素合成基因chlM的转录来影响叶绿素合成；同时，R-IM对光合作用线性电子传递链及二氧化碳固定相关酶基因也有较强的抑制能力。IM可对映选择性地通过调控光周期途径来诱导拟南芥提前开花，表现在生物钟核心振荡器（CCA1和LHY）的振幅减弱，进而诱导GI -(CO)-FT途径基因的表达上调，最终使AP1内源性地过量表达，花期提前。IM可通过抑制花药绒毡层中胼胝质的降解影响花粉粒的形成，主要表现在花粉活力降低，花粉粒畸形，数量减少，种子数量急剧减少；最终导致拟南芥繁殖受阻。该课题的结果表明，R-IM较S-IM有着更强的生物学毒性，对植物的生长生殖有着更强的抑制效果，IM的对映选择性可不同程度降低物种多样性.