STG协调ABA和IAA诱导的ROS代谢机制分析

植物激素ABA和IAA都可以通过ROS(reactive oxygen species)调节植物生长发育和各种胁迫反应生理过程,但是ROS协调二者机制研究尚存在空白区.本课题组前期研究发现拟南芥STG(Stress Tolerance Gene)基因与ABA和ROS高度相关,该基因T-DNA插入灭活突变体stg比野生型生长发育迟滞,体内ROS浓度高,IAA诱导其幼苗根部更多H2O2产生，暗示STG参与IAA诱导ROS代谢.本项目拟观察ABA、IAA和ROS对stg表型的影响;以GUS染色技术探索STG细胞定位和特异性表达;利用分子生物学和蛋白检测技术,分析stg中NADPH氧化酶和抗氧化酶类活性; 以RNA分析、酵母双杂交和免疫共沉淀等技术,分析STG与ABI1/2和AUX1/4等2种激素关键基因相互关系. 从而揭示ROS协调ABA和IAA信号途径的可能的基因和蛋白水平的互作机制。

第二信使分子H2O2属于活性氧（reactive oxygen species，ROS）家族，可与植物胁迫激素ABA（abscisic acid）和当家激素IAA（Indole acetic acid）共同调节植物生长发育，但其机制研究尚存在很多空白区。本项目集中探讨了MAP激酶6（mitogen-activated protein kinase 6, MPK6）改变ABA诱导的H2O2产生和分布，进而调节拟南芥根幼根细胞伸长，但是IAA没直接参与此过程。系列研究显示：① MPK6可能控制拟南芥根细胞中ABA诱导的H2O2产生和Ca2+分布关系。各种证据表明：当MPK6被灭活后，一方面，ABA激活mpk6突变体根组织中NADPH OXIDASE家族RBOHF产生H2O2，而H2O2进一步促进PEROXIDASE家族PRX34表达，结果造成非质体H2O2积存；另一方面，H2O2迫使质外体Ca2+流入原生质体，造成H2O2和Ca2+空间分离。这种分离可以阻止H2O2粘合的有机分子的硬化，有利于细胞壁保持弹性和细胞伸长。② H2O2专一清除酶catalase（CAT1）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）没有参与mpk6突变体根部H2O2积累调节。③拟南芥根伸长受到ROS调节，不受IAA调节。此结果已被美国Duke大学Benfey研究团队在Cell（Tsukagoshi et al. 2010, 143，606-616）报道。④ 由于质外体Ca2+流入原生质体在mpk6突变体幼根组织被放大，所以mpk6可有效地阻止Na+进入根细胞，最终有利于拟南芥幼根生长。这些结果暗示，MPK6活性涉及ABA诱导的非质体H2O2和胞质Ca2+浓度升高，最终有利于拟南芥忍受NaCl胁迫和幼苗根生长。但IAA可能没有直接参与这些过程。