外源γ氨基丁酸对缺铁下水稻幼苗生长的影响
铁是植物生长的必需元素，植物缺铁会导致新叶失绿，生长受阻。γ-氨基丁酸（GABA）参与调控植物的抗逆反应，可缓解多种生物及非生物胁迫。本实验以水稻幼苗为材料，研究在缺铁条件下，外源添加GABA对水稻幼苗生长的影响。结果发现GABA会加剧水稻因缺铁造成的叶片失绿和生物量下降。在缺铁下，外源GABA处理使水稻根部的铁和锌含量增加，却降低了茎和新叶中铁和锌的含量。水稻缺铁1 天时内源GABA含量降低。进一步研究发现，缺铁条件下，GABA上调了根部与铁吸收和转运相关的基因表达，却下调了与铁由地下部向地上部运输有关的基因表达。推测GABA提高水稻幼苗对缺铁敏感性的原因可能是，外源施用GABA抑制了铁由根部向茎和叶的运输，具体机制需进一步研究。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言（或绪论）4
1 材料与方法5
1.1试验材料 5
1.2水稻培养与处理5
1.3水稻干鲜重测量6
1.4水稻新叶叶绿素含量测定6
1. 5水稻地上部与地下部金属元素含量测定6
1.6水稻体内GABA含量测定6
1.7实时荧光定量PCR检测基因表达量7
2 结果9
2.1外源GABA对缺铁条件下水稻幼苗生长的影响9
2.1.1外源GABA对缺铁条件下水稻新叶及根部长度的影响9
2.1.2外源GABA对缺铁条件下水稻新叶叶绿素含量的影响9
2.1.3外源GABA对缺铁条件下水稻干鲜重的影响9
2.2外源GABA对缺铁条件下水稻不同部位铁元素含量的影响9
2.3外源GABA对缺铁条件下水稻各部位元素含量的影响10
2.4缺铁及外源施加GABA后水稻内源GABA含量变化13
2.5外源GABA对缺铁条件下水稻内GABA合成与代谢相关基因表达量的影响13
2.6外源GABA对缺铁条件下水稻根部铁吸收转运机理一相关基因表达量的影响14
2.7外源GABA对缺铁条件下水稻铁吸收转运机理二相关基因表达量的影响14
3 分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
致谢17
参考文献18
外源γ氨基丁酸对缺铁下水稻幼苗生长的影响
国家生命科学与技术人才培养基地 徐超韫
引言
引言
水稻是单子叶的一年生禾本科植物，是很多地区，尤其是亚洲的主要粮食作物，它是人类营养和热量摄入中重要的粮食。水稻作为我国的三大粮食作物之一，是我国播种面积最大，总产量最多的粮食作物，中国65%左右的人口以水稻为主食[1]。
铁（Fe）是植物生长所必须的元素，参与多种生理代谢过程。铁作为多种酶的重要组成成分参与氧化还原反应：其是非血红色素酶，如黄素蛋白和铁还原蛋白的重要组成；铁还构成了固氮酶，在固定空气氮素中起重要作用；硝酸和亚硝酸还原酶中也含有铁[2]。虽然叶绿素的组成中并没有铁，但是铁参与了叶绿素合成前体δ氨基酮戊酸（δaminolevulinic acid，ALA）的形成，绿色植物叶绿素含量和铁供给间往往存在正相关性[3]。因此，铁的吸收和转运对植物非常重要。研究表明，植物有两种机理来吸收铁，非禾本科植物，如拟南芥，采用机理一吸收铁，通过把三价铁还原为二价铁，利用二价铁转运蛋白吸收铁 [4]。禾本科植物吸收铁的机理被称为机理二，通过分泌麦根酸类物质（mugineic acid family，MAs）作为三价铁的螯合剂，形成三价铁植物铁载体复合物[5]。TOM1是在低铁环境的水稻中发现的一种小分子的外流载体蛋白，在水稻根部细胞中TOM1调节根酸的外流[6]。
而水稻是特殊的禾本科植物，同时使用机理一和二吸收铁。其中参与机理一的基因有OsIRO2和OsIRT1等基因，其中OsIRO2编码转录因子bHLH100，负责合成铁还原酶；OsIRT1编码二价铁转运蛋白1[7]。参与机理二的基因有参与麦根酸合成的OsNAS、OsNAAT、OsDMAS和参与水稻韧皮部铁运输的OsYSL15、OsYSL2等。烟草胺（Nicotianamine ，NA）是麦根酸生物合成的前体。在禾本科与非禾本科植物中，烟草胺合成酶（Nicotianamine synthase， NAS）将3分子S腺苷甲硫氨酸（SAdenosyl methionine ，SAM）结合起来形成NA。因此，NAS是禾本科铁吸收的重要组成部件，而在禾本科植物中，烟酰胺氨基转移酶（Nicotianamine aminotransferase，NAAT）将NA转化为酮类，再进一步合成根酸（2Deoxymugine Acid，DMA）及其他麦根酸类物质[8]。OsDMAS1编码根酸合成酶（deoxymugineic acid synthase，DMAS?），合成根酸。OsYSL15编码Fe(III)DMA转运蛋白，其参与了根际的Fe(III)DMA吸收和韧皮部中铁的运输[9]，而OsYSL2编码水稻中的金属烟草胺转运蛋白，负责铁和锰在韧皮部的运输，及将铁和锰运输入谷粒中[10]。因为水稻同时使用两种机理吸收铁，因此水稻适应了氧含量低的淹水状态[11]。当水稻缺铁时，会表现出嫩叶失绿，叶脉间断失绿症状，出现褐色斑点，严重时植株生长受抑制，不能抽穗。
γ氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）是一种广泛分布与细菌和动植物中的四碳非蛋白氨基酸。GABA在植物中起着重要作用，可维持碳氮和pH平衡，调节植物体内代谢，防御昆虫和代谢产物参与三羧酸循环等[12]。研究表明，50mg/L的外源GABA可促进玉米幼苗生长，改善玉米形态发育[13]。GABA与植物抗逆调节息息相关，研究表明当植物受到大多数生物与非生物胁迫时，植物体内的GABA含量都会大幅度增加，且外源施加GABA可调节植物抗逆性[14]，因此GABA在逆境中的代谢机制一直备受关注。GABA被认为在植物体内也起着信号分子的作用，最近植物中的GABA受体铝激活的苹果酸转运蛋白（aluminumactivated malate transporters，ALMTs）被发现[15]，为GABA调节植物抗逆性的研究揭开了新篇章。
植物合成GABA的途径有2种：一是谷氨酸（Glu）在谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase，GAD)催化下生成GABA，二是由腐胺、精胺和亚胺降解转化形成GABA[16]。其中GAD参与的GABA支路是主要的代谢途径，该途径中，植物通过Ca2+信号传导激发细胞内 GAD活性，使其催化谷氨酸脱羧生成GABA，植物体内GABA含量上升[17]。之后，在γ氨基丁酸转氨酶（GABAtransaminase，GABAT）的作用下，GABA生成琥珀酸半醛（Succinic semialdehyde，SSA），SSA随后在琥珀酸半醛脱氢酶（Succinic semialdehyde dehydrogenase，SSADH）的催化下生成琥珀酸和α酮戊二酸，参与三羧酸循环[18]。GAD和GABAT基因分别编码谷氨酸脱羧酶和γ氨基丁酸转氨酶，其与GABA的合成密切相关。多胺降解代谢也是GABA积累的重要途径，腐胺、精胺和亚精胺的降解需要二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）和多胺氧化酶（polyamine oxidase，PAO）的催化。研究发现，缺氧条件下发芽蚕豆中GAD、DAO活性明显增强，GABA含量增加；而用DAO抑制剂处理后，GABA含量下降30%左右，说明逆境中多胺降解代谢对GABA积累较重要[19]。
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摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言（或绪论）4
1 材料与方法5
1.1试验材料 5
1.2水稻培养与处理5
1.3水稻干鲜重测量6
1.4水稻新叶叶绿素含量测定6
1. 5水稻地上部与地下部金属元素含量测定6
1.6水稻体内GABA含量测定6
1.7实时荧光定量PCR检测基因表达量7
2 结果9
2.1外源GABA对缺铁条件下水稻幼苗生长的影响9
2.1.1外源GABA对缺铁条件下水稻新叶及根部长度的影响9
2.1.2外源GABA对缺铁条件下水稻新叶叶绿素含量的影响9
2.1.3外源GABA对缺铁条件下水稻干鲜重的影响9
2.2外源GABA对缺铁条件下水稻不同部位铁元素含量的影响9
2.3外源GABA对缺铁条件下水稻各部位元素含量的影响10
2.4缺铁及外源施加GABA后水稻内源GABA含量变化13
2.5外源GABA对缺铁条件下水稻内GABA合成与代谢相关基因表达量的影响13
2.6外源GABA对缺铁条件下水稻根部铁吸收转运机理一相关基因表达量的影响14
2.7外源GABA对缺铁条件下水稻铁吸收转运机理二相关基因表达量的影响14
3 分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
致谢17
参考文献18
外源γ氨基丁酸对缺铁下水稻幼苗生长的影响
国家生命科学与技术人才培养基地 徐超韫
引言
引言
水稻是单子叶的一年生禾本科植物，是很多地区，尤其是亚洲的主要粮食作物，它是人类营养和热量摄入中重要的粮食。水稻作为我国的三大粮食作物之一，是我国播种面积最大，总产量最多的粮食作物，中国65%左右的人口以水稻为主食[1]。
铁（Fe）是植物生长所必须的元素，参与多种生理代谢过程。铁作为多种酶的重要组成成分参与氧化还原反应：其是非血红色素酶，如黄素蛋白和铁还原蛋白的重要组成；铁还构成了固氮酶，在固定空气氮素中起重要作用；硝酸和亚硝酸还原酶中也含有铁[2]。虽然叶绿素的组成中并没有铁，但是铁参与了叶绿素合成前体δ氨基酮戊酸（δaminolevulinic acid，ALA）的形成，绿色植物叶绿素含量和铁供给间往往存在正相关性[3]。因此，铁的吸收和转运对植物非常重要。研究表明，植物有两种机理来吸收铁，非禾本科植物，如拟南芥，采用机理一吸收铁，通过把三价铁还原为二价铁，利用二价铁转运蛋白吸收铁 [4]。禾本科植物吸收铁的机理被称为机理二，通过分泌麦根酸类物质（mugineic acid family，MAs）作为三价铁的螯合剂，形成三价铁植物铁载体复合物[5]。TOM1是在低铁环境的水稻中发现的一种小分子的外流载体蛋白，在水稻根部细胞中TOM1调节根酸的外流[6]。
而水稻是特殊的禾本科植物，同时使用机理一和二吸收铁。其中参与机理一的基因有OsIRO2和OsIRT1等基因，其中OsIRO2编码转录因子bHLH100，负责合成铁还原酶；OsIRT1编码二价铁转运蛋白1[7]。参与机理二的基因有参与麦根酸合成的OsNAS、OsNAAT、OsDMAS和参与水稻韧皮部铁运输的OsYSL15、OsYSL2等。烟草胺（Nicotianamine ，NA）是麦根酸生物合成的前体。在禾本科与非禾本科植物中，烟草胺合成酶（Nicotianamine synthase， NAS）将3分子S腺苷甲硫氨酸（SAdenosyl methionine ，SAM）结合起来形成NA。因此，NAS是禾本科铁吸收的重要组成部件，而在禾本科植物中，烟酰胺氨基转移酶（Nicotianamine aminotransferase，NAAT）将NA转化为酮类，再进一步合成根酸（2Deoxymugine Acid，DMA）及其他麦根酸类物质[8]。OsDMAS1编码根酸合成酶（deoxymugineic acid synthase，DMAS?），合成根酸。OsYSL15编码Fe(III)DMA转运蛋白，其参与了根际的Fe(III)DMA吸收和韧皮部中铁的运输[9]，而OsYSL2编码水稻中的金属烟草胺转运蛋白，负责铁和锰在韧皮部的运输，及将铁和锰运输入谷粒中[10]。因为水稻同时使用两种机理吸收铁，因此水稻适应了氧含量低的淹水状态[11]。当水稻缺铁时，会表现出嫩叶失绿，叶脉间断失绿症状，出现褐色斑点，严重时植株生长受抑制，不能抽穗。
γ氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）是一种广泛分布与细菌和动植物中的四碳非蛋白氨基酸。GABA在植物中起着重要作用，可维持碳氮和pH平衡，调节植物体内代谢，防御昆虫和代谢产物参与三羧酸循环等[12]。研究表明，50mg/L的外源GABA可促进玉米幼苗生长，改善玉米形态发育[13]。GABA与植物抗逆调节息息相关，研究表明当植物受到大多数生物与非生物胁迫时，植物体内的GABA含量都会大幅度增加，且外源施加GABA可调节植物抗逆性[14]，因此GABA在逆境中的代谢机制一直备受关注。GABA被认为在植物体内也起着信号分子的作用，最近植物中的GABA受体铝激活的苹果酸转运蛋白（aluminumactivated malate transporters，ALMTs）被发现[15]，为GABA调节植物抗逆性的研究揭开了新篇章。
植物合成GABA的途径有2种：一是谷氨酸（Glu）在谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase，GAD)催化下生成GABA，二是由腐胺、精胺和亚胺降解转化形成GABA[16]。其中GAD参与的GABA支路是主要的代谢途径，该途径中，植物通过Ca2+信号传导激发细胞内 GAD活性，使其催化谷氨酸脱羧生成GABA，植物体内GABA含量上升[17]。之后，在γ氨基丁酸转氨酶（GABAtransaminase，GABAT）的作用下，GABA生成琥珀酸半醛（Succinic semialdehyde，SSA），SSA随后在琥珀酸半醛脱氢酶（Succinic semialdehyde dehydrogenase，SSADH）的催化下生成琥珀酸和α酮戊二酸，参与三羧酸循环[18]。GAD和GABAT基因分别编码谷氨酸脱羧酶和γ氨基丁酸转氨酶，其与GABA的合成密切相关。多胺降解代谢也是GABA积累的重要途径，腐胺、精胺和亚精胺的降解需要二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）和多胺氧化酶（polyamine oxidase，PAO）的催化。研究发现，缺氧条件下发芽蚕豆中GAD、DAO活性明显增强，GABA含量增加；而用DAO抑制剂处理后，GABA含量下降30%左右，说明逆境中多胺降解代谢对GABA积累较重要[19]。
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