《甲烷誘導黃瓜不定根發生的分子機理研究》是沈文飈為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：甲烷誘導黃瓜不定根發生的分子機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈文飈
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我們最近發現，甲烷（CH4）可能是一種新的氣體信號分子；生長素能誘導黃瓜外植體下胚軸基部CH4的產生，模擬內源CH4釋放的富甲烷水通過調節生長素應答基因以及細胞循環周期基因表達來誘導不定根發生，一氧化氮（NO）可能是其下游的信號分子。為了探查相關作用機制，本課題首先從活性氧和甲硫氨酸兩個方面探查生長素誘導的CH4生物合成途徑及其與不定根發生的關係，分析受CH4調控的黃瓜不定根發生過程中NO來源以及時空變化，結合採用清除劑以及抑制劑，比較細胞循環周期基因以及不定根原基/不定根發生的差異，明確CH4誘導的NO與不定根發生的關係；採用位點專一性的亞硝基蛋白質組學方法鑑定NO介導的S-亞硝基化蛋白種類和胺基酸靶點，從而以NO信號轉導為重點探查CH4調控不定根發生的下游關鍵蛋白、信號通路以及與生長素信號途徑的關係。上述結果不僅提供植物CH4生物學效應的證據，同時也為開發新的生長調節劑提供初步的知識。
結題摘要
我們先前的研究發現甲烷（CH4）可以誘導黃瓜不定根的產生，但是並未完全闡明下游的靶分子。已經知道，一氧化氮（NO）作為一種常見的氣體信號分子可以參與根形態建成，因此本課題首先通過探究了NO作為CH4下游信號分子參與黃瓜不定根發生的可能性。實驗首先發現CH4和NO釋放化合物SNP、NONOate均可誘導不定根的發生與生長，CH4可以誘導NO的產生，而NO清除劑PTIO和cPTIO則可以逆轉此現象，同樣的NO合成相關途徑關鍵酶抑制劑Tungstate（硝酸還原酶抑制劑）和L-NAME（哺乳動物類一氧化氮合酶抑制劑）以及β-HEH（二胺氧化酶抑制劑）也能明顯降低內源NO含量，逆轉CH4對黃瓜不定根發育的誘導作用；進一步的研究發現此過程與負責不定根發育的標記基因，包括CsDNAJ-1、CsCDPK1、CsCDPK5細胞分裂相關基因CsCDC6，以及兩個生長素信號基因CsAux22D-like和CsAux22B-like有關；進一步通過免疫印跡分析總s-亞硝基化蛋白，初步證明s-亞硝基化也參與CH4誘導黃瓜不定根的發育。此外，我們的進一步研究發現硫化氫（H2S）和谷胱苷肽（GSH）均可以作為下游信號分子參與甲烷誘導的不定根發生；過氧化氫（H2O2）可以誘導CH4的產生，從而參與不定根發生。最後，我們還獲得了用於大田農業生產的一種富甲烷灌溉裝置的實用新型專利。上述研究結果不僅部分闡明了CH4誘導黃瓜不定根發育的下游靶信號，也為不定根在營養吸收以及提高植株耐受性方面提供了理論和實踐基礎。
