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干旱胁迫是限制世界作物生产的主要环境因子之一。研究植物响应干旱胁迫的细胞和分子机制,能够为植物抗旱的定向育种创造条件。利用植物干旱遗传学筛选体系,本文在拟南芥中分离得到了两类耐旱突变体,在水分胁迫条件下,这些突变体表现出抗旱的表型。其中,一类突变体为lew2;另一类是abo1。
基因定位结果显示lew2的突变基因是AtCesA8/IRX1基因的一个新的等位基因,该基因编码纤维素合成酶复合体的一个亚基。调控着植物体内次生细胞壁纤维素的合成。试验结果表明lew2植株比野生型体内积累的ABA、脯氨酸和可溶性糖要多,而具有较强的耐渗透和干旱胁迫能力。实验结果表明AtCesA8基因的功能在于防止木质部萎陷以保持植物体内适当的水分运输,调节纤维素与可溶性糖的合成比例以提高植物的渗透调节能力。同时,由木质部萎陷引起的水分运输受阻可以转换为一种信号,从而控制植物保卫细胞的运动和细胞的渗透调节能力,也说明纤维素合成、细胞壁结构对于植物响应干旱、渗透胁迫是一个重要的因子。
abo1突变体与植物的水分蒸腾相关。植物激素ABA在调控植物生长、发育和逆境胁迫响应中起着重要的作用。尤其对于干旱胁迫,ABA作为一个信号调控着植物叶片气孔的运动,以减少水分的蒸腾。研究发现ABO1基因的突变增加了气孔关闭过程对ABA信号感知的敏感性,加剧了ABA对植物生长的抑制作用。ABO1基因也调控着来源于卫星分生母细胞(SMMC)的保卫细胞的生长发育,而对产生于分生母细胞(MMC)的保卫细胞的生长发育则不起作用。利用图位克隆鉴定出ABO1基因编码一个动物IKAP(IkBKinas-AssociatedProtein)的同系物蛋白。研究结果揭示了在mRNA加工的延伸中ABO1基因调控着保卫细胞的生长发育、植物生长以及气孔运动过程对ABA信号的响应。