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植物的生长发育会受到环境非生物因素(如干旱、高盐、低温等)的严重影响,在这些非生物胁迫中,干旱是限制植物生长和作物产量最严重的环境因子。干旱胁迫下植物细胞内源激素脱落酸(abscisic acid,ABA)的含量升高、积累能显著增加植物对干旱胁迫的适应和耐受性。ABA与各种信号分子之间的作用关系非常复杂,了解各种信号分子之间的作用关系有助于我们更好地理解生物响应干旱胁迫的机理,也能为增强农作物的抗旱能力、提高农业生产提供理论依据。磷脂酶是催化磷脂降解的水解酶,其中磷脂酶D(phospholipase D,PLD)是植物组织中普遍存在的一类关键酶,PLD及其产物磷脂酸(phosphatidic acid,PA)分别作为信号酶和第二信使在维持细胞膜稳定性及调节各种逆境细胞信号传导功能过程中起着至关重要的作用。拟南芥存在12种不同的PLD基因,它们具有不同的生化、调节和结构特征,因而参与不同的细胞过程;气体信号分子一氧化氮(nitric oxide,NO),作为一种极其简单的脂溶性气体小分子物质,容易透过细胞膜进行扩散进而传递信号,广泛参与植物生长发育和非生物逆境胁迫。PLD和NO是已经发现的在ABA信号途径中起关键作用的信号分子,PLDα1功能缺失或者抑制内源NO的产生,ABA所诱导的气孔关闭将受到抑制,然而干旱胁迫下ABA对PLDδ的具体调控机制以及PLDδ和NO的信号位置关系还不是很清楚。综上所述,我们以拟南芥哥伦比亚野生型(WT)、ABA1缺失型突变体(aba1)、一氧化氮合酶(NOS)缺失型突变体(noa1)、硝酸还原酶(NR)缺失型突变体(nia1,nia2)及磷脂酶Dδ(PLDδ)缺失型突变体(pldδ)幼苗为材料,利用分子生物学、细胞生物学和生理生化研究方法,探究了以0.3 M甘露醇模拟干旱胁迫响应过程中ABA对PLDδ的调控机制以及PLDδ和NO之间的信号转导关系。结果如下:1.干旱胁迫下,ABA含量与ABA1基因表达均显著增加;外施ABA和Ca Cl2显著促进干旱胁迫下拟南芥WT和aba1幼苗PLD活性以及PLDδ基因的表达;3种Ca2+抑制剂EGTA,La Cl3和RR显著抑制WT和aba1幼苗PLD活性和PLDδ基因表达并显著抑制了外源ABA对WT和aba1幼苗PLD活性及PLDδ相对表达量的促进作用,其中以La Cl3的抑制效果最为明显。表明,干旱胁迫下,ABA可以通过Ca2+激活PLDδ基因表达,进而促进PLD活性,其中由质膜Ca2+通道进入细胞的Ca2+在此过程中发挥主要作用。2.干旱胁迫下,NO含量,PLD和NR活性及PLDδ、NOA1、NIA1和NIA2基因相对表达量显著升高,pldδ和nia2较其他突变体(noa1和nia1)对干旱胁迫更敏感;外源添加NO供体硝普钠(SNP)可以促进干旱胁迫下WT,nia2和pldδ的种子萌发,而外源添加磷脂酸(PA)可以促进WT和pldδ的种子萌发,但不能促进nia2的种子萌发;PA可以促进干旱胁迫下WT和pldδ的NO产生,但不能促进nia2中NO的产生。表明:干旱胁迫下PLDδ/PA位于NO信号的上游,且PLDδ/PA主要通过NR2途径产生的NO促进干旱胁迫下拟南芥的种子萌发。3.干旱胁迫下,由NR2途径产生的内源NO参与了拟南芥抗氧化酶活性的调节及渗透调节物质的积累过程;外源添加NO供体硝普钠(SNP)对WT幼苗抗氧化酶活性,游离脯氨酸,可溶性蛋白含量,NR活性及内源NO含量的促进作用较nia2更加明显。表明,外源NO主要通过促进NR2活性调节内源NO的含量来维持干旱胁迫下拟南芥活性氧的平衡及渗透压的稳定,从而使植物免受干旱胁迫的伤害。