近零磁場對擬南芥作用的激素調節機理研究

《近零磁場對擬南芥作用的激素調節機理研究》是依託中國科學院電工研究所，由徐春曉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：近零磁場對擬南芥作用的激素調節機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐春曉
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

我國深空探測研究取得長足進步，未來建成的空間站和外太空基地都將處於極弱磁場環境中。以植物為基礎單元提供氧氣和食物實現自我循環的生命保障系統是長期太空基地建設的基礎，植物的生長狀態決定著系統能否正常運行，因此極弱磁場對植物的影響是迫切需要深入研究的一個重要空間生物學問題。一些短期的近零磁場處理研究發現，去除地磁場能影響植物根和幼苗的生長，但其機制至今未被闡明。我們前期研究發現近零磁場影響擬南芥下胚軸的伸長、開花和結實等生長發育過程，且與cryptochrome功能改變有關。而植物激素在植物生長發育過程中發揮關鍵調節作用，因此本項目是在此基礎上研究近零磁場對擬南芥生長發育相關的兩種重要激素生長素和赤黴素的影響，通過分析生長素和赤黴素水平，檢測生長素和赤黴素合成、運輸和信號轉導相關基因的表達，以期揭示近零磁場對擬南芥生長發育影響的生長素和赤黴素調節機制，以及與cryptochrome調控的關係。

結題摘要

前期研究發現近零磁場減弱藍光對擬南芥下胚軸伸長的抑制、抑制開花和角果發育。這些作用與藍光受體cryptochrome相關。為揭示近零磁場對擬南芥作用的生理機制，本研究檢測了3個發育時期擬南芥體內生長素和赤黴素的水平、參與生長素轉運和信號轉導相關基因的表達，以及赤黴素合成和信號轉導相關基因的表達。發現在幼苗期近零磁場中生長的擬南芥體內生長素的水平無明顯改變，赤黴素GA4和GA9的水平顯著提高。白光下參與生長素信號轉導的5個ARF基因表達顯著提高，而在藍光下ARF基因的表達無顯著性改變。參與赤黴素合成的3個GA20ox基因和4個GA3ox基因的表達顯著提高。這些結果說明近零磁場對擬南芥下胚軸的作用是由於赤黴素合成基因的表達提高而使赤黴素水平上升所致。在開花期，近零磁場中生長的擬南芥體內生長素的分布顯著改變，赤黴素的水平顯著降低，參與生長素轉運的3個PIN基因的表達顯著提高，參與生長素信號轉導的5個IAA基因的表達顯著提高，參與赤黴素合成的3個GA20ox基因和4個GA3ox基因的表達顯著降低，花發育相關基因SOC1和LFY的表達顯著降低。這些結果表明近零磁場對擬南芥開花的抑制是由於生長素轉運蛋白PIN基因的表達提高造成植株體內生長素的分布發生改變、生長素信號轉導負調控因子IAA表達提高、赤黴素合成相關基因表達降低造成赤黴素水平下降綜合作用所導致的。在角果發育初期，近零磁場中生長的擬南芥角果內生長素和赤黴素水平均顯著下降，參與生長素轉運的3個PIN基因的表達顯著提高，參與生長素信號轉導的3個IAA基因的表達顯著提高，參與赤黴素合成的2個GA20ox基因和2個GA3ox基因的表達顯著降低。這些結果表明近零磁場對擬南芥角果發育的抑制是由於參與生長素轉運的PIN基因表達提高、生長素信號轉導負調控因子IAA表達提高、赤黴素合成相關基因表達降低造成的生長素和赤黴素水平下降綜合作用所致。cryptochrome突變後近零磁場對擬南芥的作用不明顯，因此認為cryptochrome介導了近零磁場對擬南芥的作用。