茉莉酸信号调控水稻缺铁响应的初步研究
茉莉酸作为植物重要的内源激素，在植物响应生物胁迫和非生物胁迫中发挥重要作用，但对于茉莉酸在矿质元素缺乏中的作用鲜有报道。本研究中，我们初步探究了茉莉酸在水稻缺铁响应中的作用。对10天苗龄水稻在四种不同营养条件（1）正常铁浓度（2μM，下同）加茉莉酸（0.1μM，下同）（+Fe+JA）；（2）正常铁浓度不加茉莉酸（+Fe-JA）；（3）缺铁加茉莉酸（-Fe+JA）；（4）缺铁不加茉莉酸（-Fe-JA）下培养7天，并对水稻生长表型，叶绿素含量，全铁含量和根部缺铁响应基因表达情况进行分析。结果表明:在缺铁条件下，外源茉莉酸能有效缓解缺铁引起的水稻新叶黄化，并显著提高水稻叶绿素含量，但对该处理下的水稻根部和地上部铁含量没有显著影响；同时发现，该处理中茉莉酸能显著抑制水稻地上部的生长，而对根部生长没有显著作用；缺铁响应基因表达水平的分析表明，0.1μM JA处理水稻7天后，在正常铁浓度下，茉莉酸有诱导缺铁响应基因表达的趋势，而在缺铁条件下，茉莉酸对大部分缺铁响应基因的表达有显著抑制作用。这些结果表明，茉莉酸可能有缓解水稻缺铁响应的作用。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法3
1.1试验材料与试剂 3
1.2试验方法 3
1.2.1外源JA对水稻表型的影响3
1.2.2外源JA对水稻叶绿素含量的影响3
1.2.3水稻铁含量的测定 3
1.2.4缺铁响应基因的RTPCR表达量分析4
1.2.5 数据处理 4
2结果与分析5
2.1外源JA加入缓解缺铁造成的水稻新叶黄化5
2.2外源JA加入对水稻Fe含量影响 6
2.3 外源JA加入对水稻叶绿素含量影响7
2.4外源JA对缺Fe相关基因表达的影响 7
2.4.1水稻OsTOM1和OsYSL15基因的表达分析 7
2.4.2水稻OsNAS1和OsYSL2基因的表达分析 8
2.4.3 水稻OsIRO2基因的表达分析9
3 讨论10
致谢 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
参考文献11
茉莉酸信号调控水稻缺铁响应的初步研究
引言
引言
铁是植物生长发育的必需微量元素之一，在植物的光合作用、呼吸作用以及叶绿素的合成等多种生命过程中发挥重要作用。尽管铁在土壤是仅次于铝的第二大金属元素，含量丰富，然而在碱性、氧化等环境下，铁往往处于高价(Fe3+) 和难溶状态，形成“低铁”环境，这造成植物对铁的吸收能力下降[1]。水稻作为重要的粮食作物，生活环境为复杂的水田系统，而在水田系统中，淹水灌溉时由于土壤的强还原力，铁主要以高活性的Fe2+形式存在，为避免产生毒害现象水稻根部能够将Fe2+氧化成较低活性的Fe3+吸附于根表面；而稻田放干时，铁主要以不易被利用的Fe3+形式存在，水稻根部启动高亲和铁吸收机制以满足对铁的需求。为适应“低铁”以及不断变化的根际环境，水稻进化出了严格的控制铁由根部吸收到体内分配与储存的调控机制保证体内铁的动态平衡[2]. 其方法归纳为两种策略：策略I (又称还原法，将 Fe3+转变成Fe2+再吸收)和 策略II (又称螯合法，螯合剂与Fe3+结合可增加铁的溶解而实现直接吸收)。非禾本科植物一般采用策略I，缺铁能促进三价铁螯合还原酶（FRO）和二价铁转运体（IRTs）的表达[3]，为典型的策略I途径[4]。首先，H+ATP酶酸化根际环境，增加土壤中铁的溶解[5]；然后FRO将Fe3+还原成Fe2+，Fe2+然后被IRTs运送到根细胞中。在拟南芥中，FRO2和IRT1可以被一个bHLH家族的转录因子FIT1调控[6]；禾本科植物则采用策略 II，这些植物在缺铁条件下，会增加Fe3+高亲和力螯合剂植物铁载体 (PS)的合成和分泌。PS可以与Fe3+螯合形成PSFe3+，然后这个复合物被YS家族转运蛋白运送到根中[7]。在禾本科单子叶植物中，可以合成并分泌麦根酸（MA）到土壤中，MA与Fe3+螯合形成Fe（III）MA复合物，然后通过特定的转运蛋白吸收到根中[8]。作为禾本科中重要粮食作物的水稻会使用全部策略II和部分策略I，以最大程度促进铁的获取[9] 。因此，水稻铁的吸收受到严格的调控。近年来水稻中缺铁响应转录调控的研究取得了较大进展，多个铁相关的转录因子被克隆，其中，通过酵母单杂筛选到的IDEF1和IDEF2就是典型的代表[10、11]。IDEF1是水稻缺铁响应调控中的关键因子。它是一个ABI3/VP1家族转录因子，在水稻根茎中表达，且其自身不受缺铁诱导。IDEF1的超表达水稻植株表现为耐缺铁表型，同时发现IRO2和OsIRT1基因的表达都受到IDEF1的调控。IDEF2则属于NAC家族转录因子，在它的下游基因中仅找到了缺铁响应的OsYSL2基因。通过对水稻缺铁处理的芯片分析，Ogo等(2006)克隆了bHLH家族转录因子IRO2[12]。该转录因子通过其结合元件Gbox（CACGTG）调控下游基因。同时发现，与机理II铁吸收系统相关的基因，如OsNAS1，OsNAS2，OsNAAT1等及Fe3+DMA特异转运体基因OsYSL15都在IRO2的超表达材料中强烈上调表达，而机理I铁吸收途径基因OsIRT1则没有显著变化，说明IRO2只调控OsYSL15三价铁吸收途径，而没有参与调控OsIRT1二价铁吸收途径[13]。
在策略I植物中，众多的植物激素和信使分子已被报道可以诱导植物一系列形态学和生理过程的改变来参与植物对缺铁响应的调控，如生长素，乙烯，NO等；相比之下，在策略II植物中，关于植物激素参与缺铁响应中的作用，目前了解的仍然有限[14]。茉莉酸类物质(jasmonates, JAs)是茉莉酸(jasmonic acid, JA)及其挥发性甲酯衍生物茉莉酸甲酯(methyljasmonate, MeJA)和氨基酸衍生物的统称, 在植物信号网络中具有重要的作用。它作为一种生长调节物质，在植物的生长发育、代谢调节、抗逆境胁迫以及诱导防御相关基因表达等方面起着重要的作用[15]。近年来，茉莉酸在营养缺乏，尤其是金属营养缺乏方面鲜有报道，研究发现茉莉酸对缺铁响应基因有调控作用[16]，但相关调控效应与机制有待进一步探究。
本课题研究工作的开展不仅能够加深我们对植物缺铁响应信号途径的认识，更有助于我们对茉莉酸调控水稻缺铁响应基因分子机制有更深刻的探究。同时，茉莉酸信号、营养信号以及其之间互作关系的研究将为我们将来设计抗逆，高产，高品质的作物提供新的方法和思路。
1 材料与方法
试验材料与试剂
水稻品种为：日本晴（Nipponbare）；
MeJA（分析纯，购自sigma公司），用2%DMSO定容至1mM/L；
1/2 Kimura B完全营养液（去离子水配制；pH 5.5）：
Macro elements（2000*）：
Stock1： KH2PO4 0.091mM/L ，MgSO47H2O 0.273 mM/L；
Stock2： (NH4)2SO4 0.182 mM/L , KNO3 0.091 mM/L；
Stock3： Ca(NO3)24H2O 0.183 mM/L ，H3BO3 0.003 mM/L，
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法3
1.1试验材料与试剂 3
1.2试验方法 3
1.2.1外源JA对水稻表型的影响3
1.2.2外源JA对水稻叶绿素含量的影响3
1.2.3水稻铁含量的测定 3
1.2.4缺铁响应基因的RTPCR表达量分析4
1.2.5 数据处理 4
2结果与分析5
2.1外源JA加入缓解缺铁造成的水稻新叶黄化5
2.2外源JA加入对水稻Fe含量影响 6
2.3 外源JA加入对水稻叶绿素含量影响7
2.4外源JA对缺Fe相关基因表达的影响 7
2.4.1水稻OsTOM1和OsYSL15基因的表达分析 7
2.4.2水稻OsNAS1和OsYSL2基因的表达分析 8
2.4.3 水稻OsIRO2基因的表达分析9
3 讨论10
致谢 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
参考文献11
茉莉酸信号调控水稻缺铁响应的初步研究
引言
引言
铁是植物生长发育的必需微量元素之一，在植物的光合作用、呼吸作用以及叶绿素的合成等多种生命过程中发挥重要作用。尽管铁在土壤是仅次于铝的第二大金属元素，含量丰富，然而在碱性、氧化等环境下，铁往往处于高价(Fe3+) 和难溶状态，形成“低铁”环境，这造成植物对铁的吸收能力下降[1]。水稻作为重要的粮食作物，生活环境为复杂的水田系统，而在水田系统中，淹水灌溉时由于土壤的强还原力，铁主要以高活性的Fe2+形式存在，为避免产生毒害现象水稻根部能够将Fe2+氧化成较低活性的Fe3+吸附于根表面；而稻田放干时，铁主要以不易被利用的Fe3+形式存在，水稻根部启动高亲和铁吸收机制以满足对铁的需求。为适应“低铁”以及不断变化的根际环境，水稻进化出了严格的控制铁由根部吸收到体内分配与储存的调控机制保证体内铁的动态平衡[2]. 其方法归纳为两种策略：策略I (又称还原法，将 Fe3+转变成Fe2+再吸收)和 策略II (又称螯合法，螯合剂与Fe3+结合可增加铁的溶解而实现直接吸收)。非禾本科植物一般采用策略I，缺铁能促进三价铁螯合还原酶（FRO）和二价铁转运体（IRTs）的表达[3]，为典型的策略I途径[4]。首先，H+ATP酶酸化根际环境，增加土壤中铁的溶解[5]；然后FRO将Fe3+还原成Fe2+，Fe2+然后被IRTs运送到根细胞中。在拟南芥中，FRO2和IRT1可以被一个bHLH家族的转录因子FIT1调控[6]；禾本科植物则采用策略 II，这些植物在缺铁条件下，会增加Fe3+高亲和力螯合剂植物铁载体 (PS)的合成和分泌。PS可以与Fe3+螯合形成PSFe3+，然后这个复合物被YS家族转运蛋白运送到根中[7]。在禾本科单子叶植物中，可以合成并分泌麦根酸（MA）到土壤中，MA与Fe3+螯合形成Fe（III）MA复合物，然后通过特定的转运蛋白吸收到根中[8]。作为禾本科中重要粮食作物的水稻会使用全部策略II和部分策略I，以最大程度促进铁的获取[9] 。因此，水稻铁的吸收受到严格的调控。近年来水稻中缺铁响应转录调控的研究取得了较大进展，多个铁相关的转录因子被克隆，其中，通过酵母单杂筛选到的IDEF1和IDEF2就是典型的代表[10、11]。IDEF1是水稻缺铁响应调控中的关键因子。它是一个ABI3/VP1家族转录因子，在水稻根茎中表达，且其自身不受缺铁诱导。IDEF1的超表达水稻植株表现为耐缺铁表型，同时发现IRO2和OsIRT1基因的表达都受到IDEF1的调控。IDEF2则属于NAC家族转录因子，在它的下游基因中仅找到了缺铁响应的OsYSL2基因。通过对水稻缺铁处理的芯片分析，Ogo等(2006)克隆了bHLH家族转录因子IRO2[12]。该转录因子通过其结合元件Gbox（CACGTG）调控下游基因。同时发现，与机理II铁吸收系统相关的基因，如OsNAS1，OsNAS2，OsNAAT1等及Fe3+DMA特异转运体基因OsYSL15都在IRO2的超表达材料中强烈上调表达，而机理I铁吸收途径基因OsIRT1则没有显著变化，说明IRO2只调控OsYSL15三价铁吸收途径，而没有参与调控OsIRT1二价铁吸收途径[13]。
在策略I植物中，众多的植物激素和信使分子已被报道可以诱导植物一系列形态学和生理过程的改变来参与植物对缺铁响应的调控，如生长素，乙烯，NO等；相比之下，在策略II植物中，关于植物激素参与缺铁响应中的作用，目前了解的仍然有限[14]。茉莉酸类物质(jasmonates, JAs)是茉莉酸(jasmonic acid, JA)及其挥发性甲酯衍生物茉莉酸甲酯(methyljasmonate, MeJA)和氨基酸衍生物的统称, 在植物信号网络中具有重要的作用。它作为一种生长调节物质，在植物的生长发育、代谢调节、抗逆境胁迫以及诱导防御相关基因表达等方面起着重要的作用[15]。近年来，茉莉酸在营养缺乏，尤其是金属营养缺乏方面鲜有报道，研究发现茉莉酸对缺铁响应基因有调控作用[16]，但相关调控效应与机制有待进一步探究。
本课题研究工作的开展不仅能够加深我们对植物缺铁响应信号途径的认识，更有助于我们对茉莉酸调控水稻缺铁响应基因分子机制有更深刻的探究。同时，茉莉酸信号、营养信号以及其之间互作关系的研究将为我们将来设计抗逆，高产，高品质的作物提供新的方法和思路。
1 材料与方法
试验材料与试剂
水稻品种为：日本晴（Nipponbare）；
MeJA（分析纯，购自sigma公司），用2%DMSO定容至1mM/L；
1/2 Kimura B完全营养液（去离子水配制；pH 5.5）：
Macro elements（2000*）：
Stock1： KH2PO4 0.091mM/L ，MgSO47H2O 0.273 mM/L；
Stock2： (NH4)2SO4 0.182 mM/L , KNO3 0.091 mM/L；
Stock3： Ca(NO3)24H2O 0.183 mM/L ，H3BO3 0.003 mM/L，
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