ABA、BA及DPI对高表达玉米C4pepc基因的水稻光合特性及叶绿素荧光特性的影响

为阐明水稻高表达玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（C4 phosphoenolpyruvate carboxylase,C4pepc）出现高光效的分子机理,以盆栽转C4pepc水稻（PC）及野生型Kitaake（WT）为材料,花后7d茎吸入脱落酸（abscisic acid,ABA）、正丁醇（n-butanol,BA）及氯化二亚苯基碘（diphenyleneiodonium,DPI）,考察其对叶片光合特性及酶活性等影响。结果表明：（1）与ABA处理不同,DPI和BA处理下PC的只均呈现先增加后下降的趋势,BA处理0．5h时只明显增加,原因主要是由于气孔导度的增加;（2）ABA、BA和DPI对只／R的影响不明显,与WT相比,PC的qP下降少;（3）BA处理后PC的PEPC活性降低了26％,而DPI处理则增加了48％。各处理并未对PEPC蛋白和基因的表达有影响。     

正丁醇和高光强下转玉米pepc基因水稻叶片超微结构的变化

以高光效高产的转玉米pepc基因水稻(PC)和野生型水稻(WT)为研究材料,在水稻苗期进行高光强处理(120 min,1 000 μmol·m-2·s-1)、高光强正丁醇复合处理(120 min,1 000 μmol·m-2·s-1+0.04%正丁醇)和正常光强处理(200 μmol·m-2·s-1,CK),运用透射电镜观察各处理材料叶肉细胞、维管束鞘、叶绿体、叶绿体片层以及线粒体等结构变化特点,并考察它们叶片的净光合速率(Pn)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性以及收获后的产量构成因子等.结果发现:PC植株具有较高Pn和PEPC活性,与其较高的有效穗数、穗长、千粒重和籽粒产量相对应;与野生型(WT)相比,高光强处理的PC植株叶肉细胞完整,维管束鞘细胞排列整齐,类囊体片层厚,排列有序,堆叠整齐,并且线粒体有序地在叶绿体周围聚集;但经正丁醇和高光强复合处理的PC叶绿体类囊体片层则降解,淀粉粒累积,表现出类似于高光强下WT植株被损坏的超微结构特征.研究表明,转玉米pepc基因水稻叶片的叶肉细胞、叶绿体和线粒体等具有高光效的超微结构特征;PEPC可能通过磷脂酶D(PLD)途径产生的磷脂酸(PA)参与PC在高光强下对类囊体片层稳定性的调节.     

ABA、BA及DPI对高表达玉米C4pepc基因的水稻光合特性及叶绿素荧光特性的影响

为阐明水稻高表达玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(C4phosphoenolpyruvate carboxylase,C4pepc)出现高光效的分子机理,以盆栽转C4pepc水稻(PC)及野生型Kitaake(WT)为材料,花后7d茎吸入脱落酸(abscisic acid,ABA)、正丁醇(n-butanol,BA)及氯化二亚苯基碘(diphenyleneiodonium,DPI),考察其对叶片光合特性及酶活性等影响。结果表明:(1)与ABA处理不同,DPI和BA处理下PC的Pn均呈现先增加后下降的趋势,BA处理0.5h时Pn明显增加,原因主要是由于气孔导度的增加;(2)ABA、BA和DPI对Fv/Fm的影响不明显,与WT相比,PC的qP下降少;(3)BA处理后PC的PEPC活性降低了26%,而DPI处理则增加了48%。各处理并未对PEPC蛋白和基因的表达有影响。     

PLDα1介导ABA调控的拟南芥主根伸长并参与根毛生长

探讨了磷脂酶Dα1（PLDα1）在ABA抑制拟南芥主根伸长过程中的作用。PLOα1基因突变体pldα1主根伸长受ABA抑制小于野生型（WT）;根系PLDα1活性在ABA处理下升高;拟南芥根细胞原生质体中活性氧（ROS）含量在ABA处理下升高,但是pldα1升高小于WT;根系NADPH氧化酶活性在ABA处理下升高,pldα1升高小于WT,外源加入10μmol/L^-1 PA（磷脂酸,PLD水解产物）后,前者活性显著升高;外源加入H2O2可诱导WT和pldα1主根伸长都受到抑制,且二者差异不明显。结果表明,PLDα1产生的PA通过激活NADPH氧化酶产生ROS介导ABA调控的拟南芥主根伸长过程。此外,初步探讨了PLDα1在拟南芥根毛尖端生长中的作用：pldα1突变体根毛长度小于WT,根毛尖端ROS和Ca^2＋浓度低于WT。     

脱落酸和己糖激酶抑制剂对高表达C4-PEPC转基因稻苗耐旱性的影响

为了研究高表达转玉米C₄-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC）基因水稻（PC）的耐旱性机制,本研究以PC和未转基因野生型原种kitaake为材料,分别在光照和黑暗预处理24 h,其中光照处理中光强为600 μmol·m^-2·s^-1,预处理后稻苗再在15％聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫下,同时使用药理学的方法,通过加入脱落酸和己糖激酶的专一性抑制剂100 μmol·L^-1去甲二氢愈创木酸和10 mmol·L^-1葡萄糖胺,观察两种水稻4~5叶期稻苗耐旱表现。结果发现,与WT水稻相比,在PEG-6000处理后,经过光预处理的PC水稻叶片相对含水量下降较少,始终比WT的高,而且丙二醛含量则较少,脯氨酸诱导增加,表现耐旱;而经过暗预处理后PC植株显著降低这个优势,表明光预处理有利于PC耐旱性的表现;黑暗预处理均显著下调了2供试材料植株叶片中可溶性糖的含量,而对可溶性蛋白的含量影响不显著;而光预处理后PC水稻叶片内可溶性糖含量比WT增加,而在黑暗预处理则PC的显著低于WT的,其中葡萄糖胺对光预处理下PC的可溶性糖含量的下调作用最显著;暗预处理逆转或消除了NO,H₂O₂和钙离子含量变化趋势,这些变化与暗预处理减少了两材料叶片蔗糖和葡萄糖含量变化同步;光暗预处理对两材料的PEPC酶活性的差异影响不大,表明外源玉米C₄-PEPC在水稻中是组成型表达。可见PC叶片可部分通过糖组分,参与内源糖介导ABA和HXK信号途径,缓解干旱处理对叶片的伤害,稳定光合能力。     

新霉素抑制PC12细胞烟碱受体介导的反应

新霉素是一种氨基甙类抗生素,在细胞水平可以抑制磷脂酶C介质的信号转导系统,本研究采用全细胞膜片钳技术,以大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12)为标本,观察了新霉素参考书国酰胆碱诱发电流（IACh)的影响,药理学鉴定表明,PC12细胞上的IACh是通过ACh激动烟碱受体引起的,钳制电压为－80mV时,ACh(30umol/L)诱发一内向电流;细胞外同时给予新霉素（0．01－1mmol/L)和ACh(30μmol/L)可显著抑制IACh峰值,此抑制作用迅速,可逆,呈浓度依赖性,用新霉素预处理细胞3－8min不影响其对IACh的抑制作用,用外源性蛋白激酶C（PKC）激剂激活PKC,同样可抑制IACh,而细胞内透析PKC抑制剂（PKCI19-31,0.1-5μmol/L）不影响新霉素对IACh的抑制作用,以上结果提示,新霉对PC12细胞的IACh的有抑制作用,这是一种与磷脂酶C阻断无关的药理学效应。     

外源Ca2+对PEG处理下转C4型PEPC基因水稻光合生理的调节

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)通过固定二氧化碳参与光合作用, 是关键的C₄植物光合作用酶。为了揭示高光效转C₄ PEPC基因水稻(Oryza sativa)对干旱胁迫的适应机理, 以高表达转C₄ PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为供试材料, 在植株的4-5叶期, 使用不同浓度外源CaCl₂溶液处理, 测定在15%聚乙二醇6000 (polyethylene glycol-6000, PEG-6000)胁迫下叶片相对含水量、光合参数、内源钙总含量、叶片总蛋白激酶活性、PEPC酶活性以及相关基因表达和蛋白质含量。结果表明, 0.5 mmol∙L^-1 CaCl₂明显提高PC叶片相对含水量(P<0.05), 2 mmol∙L^-1和10 mmol∙L^-1 CaCl₂则作用不显著, 对WT则影响不显著。不同浓度钙处理对PEG处理PC的净光合速率影响不显著, 而通过维持气孔导度减少水分胁迫。内源总钙浓度的数据显示, 在PEG6000处理下, PC具有维持稳定内源Ca²⁺浓度的能力, 过高浓度(10 mmol∙L^-1 CaCl₂)钙处理反而降低了PEPC酶活性、PEPC基因表达和可溶性蛋白的含量。     

过表达磷脂酶D3影响成肌细胞中Akt磷酸化水平

磷脂酶D(PLD)催化卵磷脂(Phosphatidylc holine,PC)水解产生胆碱(Choline)和磷脂酸(Phosphatidic acid,PA),其代谢产物参与调控细胞内许多生理和生化过程。在过表达磷脂酶D3(PLD3)的成肌细胞(C2C12细胞)中,研究了PLD3对胰岛素刺激后Akt通路激活的影响。研究结果表明,PLD3过表达细胞的Akt磷酸化水平比对照组低,并且不受胰岛素浓度变化的调控。虽然PLD3过表达细胞中Akt磷酸化水平随胰岛素刺激时间的延长而有所增加,但磷酸化总水平比对照组低。磷脂酶D抑制剂丁-1醇能够抑制对照组胰岛素刺激下Akt磷酸化,却不能抑制PLD3过表达细胞的Akt磷酸化,并且PLD3过表达细胞Akt磷酸化水平比对照组高6倍。用磷脂酸(PA)做刺激时,对照组的Akt磷酸化明显增加,而PLD3过表达细胞株的Akt磷酸化没有显著变化;用PA和胰岛素同时刺激时,PLD3过表达株和对照组的Akt磷酸化均比PA单独刺激时降低。这说明PLD3的过表达抑制成肌细胞内胰岛素信号的传导。     

干旱胁迫下表观遗传机制对转C4型PEPC基因水稻种子萌发的影响

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 µmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 µmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 µmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

Effects of Epigenetic Mechanisms on C4 Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice (Oryza sativa) Seed Germination Under Drought Stress

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 μmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 μmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 μmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。