高浓度CO2下气孔调节的分子反应机制及MeJA和ABA的调控作用

RNA-Seq technique and bioinformatics will be used to study the molecular mechanisms of plants stomatal response to elevated CO2 using rice as a model plant and changes of channel currents of guard cell protoplast will be also examined so as to have an in-depth understanding of the signal transduction mechanism of stomatal movement of leaves. During this procession, regulations of endogenous and exogenous MeJA（methyl jasmonate）and ABA (abscisic acid) on stomatal responses to elevated CO2 will be also studied.

以单子叶模式植物水稻为实验材料，观察高浓度CO2对植物气孔保卫细胞运动的影响并监测内源茉莉酸甲酯（MeJA）和脱落酸（ABA）含量的变化，在此基础上研究外源MeJA和ABA对高浓度CO2下气孔反应的调控作用。在上述过程中采用高通量RNA测序（RNA-Seq）技术并结合生物信息学筛选各处理和对照间差异表达的基因，同时观察保卫细胞膜离子流和分子流变化，从而了解高浓度CO2下保卫细胞运动的信号转导途径、分子作用位点以及在此过程中MeJA和ABA的调控作用。

本研究以模式植物水稻幼苗为实验材料，观察高浓度CO2处理对水稻叶片气孔保卫细胞运动及生理代谢影响，监测茉莉酸（JA）和脱落酸（ABA）等内源激素含量的变化，在上述过程中，采用生理生化研究手段比较各处理之间气孔相关指标和JA和ABA等内源激素含量变化差异，采用高通量RNA测序技术筛选出各处理组之间差异表达基因并针对相关重要差异基因进行RT-PCR验证，进而了解环境因子调控植物气孔开关运动过程中的信号转导机制，揭示高浓度CO2处理下气孔保卫细胞运动和水稻生理代谢反应以及受几种激素调节作用的分子机理。同时增加了重金属（Pb和Cd）复合处理，以及各处理间的代谢组学分析。主要研究结果表明：CO2浓度升高促进水稻幼苗生长，增强光合作用，降低叶片气孔开度；提高POD和CAT活性；提高可溶性蛋白含量；叶片及根系中IAA、ZT和GA3含量升高，而ABA含量降低。根系中SA和JA含量降低，而叶片中JA含量升高。对比单独重金属胁迫处理，高浓度CO2和Cd胁迫复合处理下叶片ZT、IAA、JA和根系中GA3、IAA、SA含量升高，高浓度CO2和铅胁迫复合处理下叶片GA3和JA含量升高；高浓度CO2处理下，筛选出7种差异代谢物，包括6种氨基酸和1种有机酸。镉胁迫下，筛选出29种差异代谢物，包含13种氨基酸，5种糖及多元醇，9种有机酸。铅胁迫下，筛选出的21种代谢物，包括8种氨基酸，5种有机酸，5种糖，1种脂肪酸，表明镉，铅胁迫处理促进水稻体内氨基酸、糖及有机酸的积累，可能通过增强糖酵解代谢和TCA循环对铅，镉胁迫产生代谢变化响应。