案例四:ROS 在柠条锦鸡儿种子萌发重建耐干旱调控机制种的作用(无参)
研究背景
在正常种子中,干燥耐受性(DT)是在发育过程中逐渐获得的,接近于储存组分积累的末期。但是 DT 并不是在所有物种中都表达,通常认为 DT 是由一个复杂的调控网络严格控制的。目前还是缺乏一个模型系统来研究 DT,在某种程度上,这对 DT 特性的理解造成了障碍。
研究内容
欧易生物携手北京林业大学,选择柠条锦鸡儿作为研究物种,重点研究活性氧 ROS 在重建 DT 中的潜在调节作用。
图-1 研究思路
图-2 柠条锦鸡儿中与 DT 重建相关的差异表达基因功能分类
研究结果
1. DT 与种子发芽进程呈现负相关。
2. PEG 孵育会诱导 DT 重建,但是 DT 重建也取决于种子萌发的阶段,且不同种子组织对干燥有不同的敏感性,其中发芽种子中胚根对干燥最敏感,其次是下胚轴和子叶。此外,PEG 浓度、温度、种子的原始含水量等也是 DT 重建的影响因素。
3. 为了研究在 PEG 诱导后 ROS 是否在重建 DT 中起作用,进一步用实验确定了 ROS 的含量和位置。NBT 染色结果显示主要在根尖处观察到 O 2 -。根尖区域的 H2DCF-DA 染色结果表明,PEG(1、2 和 3 天)和 H 2 O 2 处理组相比对于对照组和抑制剂(NAC)处理组,ROS 积累更多,但是要少于 CuSO 4 处理组。这些结果表明,PEG 胁迫诱导 ROS 增加。同时也表明 H 2 O 2可以代替 PEG 作为 DT 重建的诱导物。
4. 分别将 NAC 和氟啶酮添加到 ABA 和 H 2 O 2溶液中,再对种子进行孵育,结果发现前者孵育的所有胚根尖都不能生存下来;但是与 H 2 O 2 处理的种子相比,在 H 2 O 2中加氟啶酮后 DT 没有显着变化。这些数据表明 H 2 O 2通过 ABA 影响 DT 重建。
5. 对 untreated、PEG-treated 和 H 2 O 2 -treated 样本进行转录组测序,分析表明 ROS 介导 DT 重建与参与苯丙烷类黄酮途径的关键基因上调有关,且在 ROS 处理后总黄酮含量和关键酶活性增加。
6. 功能试验:将 PAL(苯丙素-类黄酮途径中的第一种酶)抑制剂 AIP,加入到 H 2 O 2溶液中,结果显示 AIP 会抑制 H 2 O 2 诱导 DT 重建。
7. ROS 通过调节胁迫相关基因和苯丙烷类黄酮途径在 DT 重建中发挥重要作用。
参考文献
Peng L, Lang S, Wang Y, et al. Modulating role of ROS in re-establishing desiccation tolerance in germinating seeds of Caragana korshinskii Kom. J Exp Bot 2017; 68(13): 3585-3601. (IF: 5.667)