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根系的生长发育具有很大的可塑性,受到内部遗传因子和外部环境因子共同调节。O2·-和MAPK是植物体内重要的信号分子,参与生长发育、细胞分裂、胁迫应答等众多过程。镉胁迫抑制作物生长,适量的锌能减轻镉对作物的伤害。本实验旨在以水稻(Oryza sativa L.,中花11号)为材料研究O2·-和MAPK信号调节镉锌互作水稻根系生长发育的分子机制。1O2·-调节镉锌互作水稻根系生长发育的机制实验分析了CK、Cd、Cd+Zn、Cd+Zn+DDC (SOD抑制剂)和Cd+Zn+Tiron(02·-清除剂)5种处理对水稻根系生长发育和基因表达的影响。结果显示,添加锌减少了镉的吸收；Cd+Zn与Cd+Zn+DDC类似促进了根系尤其是侧根的伸长生长和数量的增加；Cd+Zn+Tiron显著抑制了根系的生长发育。通过半定量RT-PCR,从转录水平综合分析了不同发育时期OsMAPK基因家族、生长素相关基因家族(OsPINs、OsPID、OsARFs和OsIAAs)和细胞周期核心基因家族(共147个基因)在上述处理条件下表达的变化。结果表明,处理9天时,有115个基因的表达发生了变化,其中受Cd、Cd+Zn和02·-(包括Cd+Zn+DDC或Tiron)调节的基因分别为64、66和87个；处理13天时,有117个基因的转录水平上调或下调,其中受Cd、Cd+Zn和02·-(包括Cd+Zn+DDC或Tiron)调节的基因分别为66、67和74个。不同处理对基因表达的调节存在交叉和重叠现象,如在9天和13天时分别有28和24基因的表达受到Cd、Cd+Zn和02·-的共同调节。这些结果表明,锌对镉胁迫水稻根系的调节与O2·-有关,02·-可能通过调节MAPK、生长素和细胞周期基因的表达参与了镉锌互作水稻根系生长的调节。2 MAPK信号调节镉及镉锌互作水稻根系生长发育的机制实验分析了在CK、CK+PD (MAPKK抑制剂,PD98059)、Cd、Cd+PD、Cd+Zn Cd+Zn+PD 6种条件下水稻根系生长发育和基因表达的变化。结果发现,与无PD相比,添加PD后从不同程度上影响了CK、Cd和Cd+Zn处理根系的生长。利用半定量RT-PCR分析了PD对OsMAPKs基因、生长素相关基因(OsPINs OsPID、OsARFs和OsIAAs)和细胞周期核心基因家族在转录水平上表达的影响。结果显示,与无PD相比,在被检测的129个基因中,受PD正／负调控的基因在CK、Cd和Cd+Zn条件下分别有78、71和64个。我们的数据显示,在这3种处理条件下,MAPK信号途径可能通过调控上述相关基因的表达而参与了根系生长的调节。总结论：本研究表明,镉及镉锌互作条件下根系生长发育的调节是一个复杂的过程,MAPK、O2·-和生长素信号及细胞周期因子参与了根系生长的调节,MAPK、O2·-和生长素信号在根系生长调节过程中可能存在交互作用,并且这种交互作用在不同发育时期也存在差异。实验结果还显示,不同处理条件下MAPK信号对根系生长和基因表达的调节存在差异,说明MAPK信号调节水稻根系生长发育的机制具有多样性的特点。