NADPH氧化酶参与非生物胁迫应答及其分子调控机制研究

NADPH oxidase is one of the main enzymes of plant plasma membrane redox system, which plays an important role in the generation of reactive oxygen species in the plasma membrane; MAP kinase cascades are important signaling modules that convert signals generated from the receptors/sensors to cellular responses, and broad participates in the signal process of oxygen outbreak. The NADPH oxidase activity is regulated post-translational. Studies have shown that under the treatment of ABA and pathogen infection, MAP kinase cascades is involved in the activation of NADPH oxidase and post-translational regulation. The project uses super cold-resistant Brassica campestris longyou 6 and typical drought-resistant plants Caragana korshinskii as research material, cloning NADPH oxidase gene, by studying MAPKK inhibitors, H2O2 scavenger, H2O2 pretreatment and without pretreatment, then after abiotic stress treatment, MAP kinase signal transduction pathway associated gene transcription, H2O2 generation and activation change of NADPH oxidase and correlation analysis, discussing under abiotic stress, MAP kinase signal transduction pathways, H2O2 generation, NADPH oxidase interaction and regulation relationship, the result provide new reference in plant response to abiotic stress and abiotic stress regulatory mechanisms of signal transduction processes in plants.

NADPH氧化酶是植物质膜氧化还原系统的主要酶类之一, 在质膜活性氧的产生中起重要作用；植物MAP激酶级联途径则是将胞外刺激传递到胞内响应的重要途径，广泛参与氧爆发的信号过程。研究表明，NADPH氧化酶活性受到翻译后的调节，在ABA以及病原体侵染等条件下，MAP激酶级联途径参与NADPH氧化酶的激活及翻译后调节。本项目以超强抗寒油菜陇油6号和典型抗旱植物柠条为研究材料，克隆NADPH氧化酶基因，通过研究MAPKK抑制剂、H2O2清除剂、H2O2预处理和未经预处理，再经非生物胁迫处理后，MAP激酶信号转导途径相关基因的转录、H2O2产生与NADPH氧化酶基因转录活化水平变化及相关性分析，探讨在非生物胁迫下，MAP激酶信号转导途径、H2O2产生及NADPH氧化酶三者之间的交互作用和调控关系，为植物响应非生物胁迫的调节机制以及非生物胁迫信号在植物体内的传导过程提供新的参考依据。

NADPH 氧化酶是植物质膜上一种重要的功能蛋白, 在植物的生长发育过程中起重要作用。NADPH 氧化酶产生的H2O2 调节基因表达, 参与植物对病原体和创伤的防御反应以及ABA诱导的气孔开闭的信号转导过程。本项目以超强抗寒油菜陇油6号和抗寒性较弱的油菜天油2号为研究材料，克隆NADPH氧化酶基因(RBOH)，研究在低温等非生物胁迫条件下，NADPH氧化酶、MAP激酶信号转导途径以及H2O2之间的交互作用和调控关系。通过本项目的研究，取得以下结果：1、从油菜中克隆得到NADPH氧化酶基因RbohB并进行了生物信息学分析。RbohB基因的转录以及NADPH氧化酶活性，受到MAPKK抑制剂U0126的抑制作用，油菜RbohB基因的转录及表达受到MAP激酶信号传导途径的调控。2、从油菜中克隆得到NADPH氧化酶基因RbohC和RbohF，并进行了生物信息学分析。低温、干旱、盐、ABA、H2O2处理都能够诱导油菜RbohC和RbohF基因的表达，但抗寒性强的 ‘陇油6号’的RbohC和RbohF基因对胁迫的响应更敏感。盐胁迫和干旱胁迫下，RbohC和RbohF基因的表达均受MAP激酶信号途径的调节，并受到H2O2的反馈调节，同样RbohC和RbohF的表达受到其产物NADPH氧化酶的调节，表明在植物体内存在一个反馈调节，即盐及干旱胁迫诱导RbohC和RbohF基因的表达，进而增加NADPH氧化酶，NADPH氧化酶催化合成H2O2，而生成的H2O2又可以诱导RbohC和RbohF基因的表达。3、低温、盐及模拟干旱胁迫可以诱导RbohA、RbohD 基因的表达，且“陇油6 号”油菜中RbohA、RbohD 基因的表达水平高于“天油2 号”油菜。H2O2 参与了低温、盐胁迫诱导的RbohA、RbohD 基因表达，并且MAPK级联途径参与调节低温和盐胁迫诱导RbohA、RbohD 基因表达的过程。4、研究了外源NAA对油菜响应低温胁迫过程的调控，表明NADPH氧化酶、H2O2、MAP激酶信号途径和NO参与了外源NAA对油菜低温胁迫的调控过程。