植物激素突变体研究

赤霉素及其生理作用研究进展摘要：赤霉素（GAs)是高等植物体内调节生长的重要激素。

现就赤霉素的结构、种类，生物合成过程和生理作用研究进展进行综述。

关键词：赤霉素生物合成生理作用概述赤霉素(gibberellin,GA)，是广泛存在于植物界，在被子植物、裸子植物、蕨类植物、褐藻和绿藻中被发现的植物激素。

它的发展要追溯到1926年日本热门黑泽英一对水稻恶苗病的研究。

黑泽英一发现，当水稻感染了赤霉菌后，会出现植株疯长的现象，病株往往比正常植株高50%以上，而且结实率大大降低，因而称之为“恶苗病”。

科学家将赤霉菌培养基的滤液喷施到健康水稻幼苗上，发现这些幼苗虽然没有感染赤霉菌，却出现了与"恶苗病"同样的症状。

1938年日本薮田贞治郎和住木谕介从赤霉菌培养基的滤液中分离出这种活性物质，并鉴定了它的化学结构。

命名为赤霉酸。

1956年C.A.韦斯特和B.O.菲尼分别证明在高等植物中普遍存在着一些类似赤霉酸的物质。

到1983年已分离和鉴定出60多种。

一般分为自由态及结合态两类，统称赤霉素，分别被命名为GA1，GA2等。

结构和种类赤霉素都含有赤霉素烷(gibberellance)骨架，它的化学结构比较复杂，是双萜化合物。

在高等植物中赤霉素的最近前体一般认为是贝壳杉烯。

赤霉素的基本结构是赤霉素烷，有4个环。

在赤霉素烷上，由于双键、羟基数目和位置不同，形成了各种赤霉素[2]。

自由态赤霉素是具19C或20C的一、二或三羧酸。

结合态赤霉素多为萄糖苷或葡糖基酯，易溶于水。

赤霉素的生物合成种子植物中赤霉素的生物合成途径，根据参与酶的种类和在细胞中的合成部位，大体分为三个阶段，一、二、三阶段分别在质体、内质网和胞质溶胶中进行。

1）从异戊烯焦磷酸（isopentenyl pyrophosphate）到贝壳杉烯（ent-kaurene）阶段此阶段在质体中进行，异戊烯焦磷酸是由甲瓦龙酸（mevalonic acid,MVA）转化来的，而合成甲瓦龙酸的前体物为乙酰-CoA。

２００９年４月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＩＯＩ。

ＯＧＹＡｐｒ，２００９ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—９６３２．２００９．０２．０４３植物激素受体研究进展赵丽１，黄海杰２，田维敏（１．中国热带农业科学院橡胶研究所热带作物栽培生理学重点实验室，海南儋州５７１７３７；２．中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南海口５７１１０１）摘要：植物激素对植物的生长发育以及在植物应对逆境方面具有重要的调节作用，植物激素受体是植物激素信号转导途径中的一个关键环节，倍受关注。

近年来，由于生物化学与分子生物学和遗传学结合，使得植物激素受体的研究取得了很大进展。

综述了５种经典植物激素受体以及油菜素内酯和茉莉酸受体在生物化学、遗传学和分子生物学三个层面上的研究成果，旨在为进一步研究植物激素作用机制提供参考资料。

关键词：植物激素；受体；突变体中图分类号：Ｑ９４６．８８５文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９６３２（２００９）０２—００４３—０５植物激素受体是植物激素信号传导途径中的一个至关重要的环节。

近年来，采用生物化学、遗传学和分子生物学相结合的研究手段，主要以拟南芥、番茄和烟草等为材料，在植物激素受体的分离鉴定和作用机理方面的研究取得了很大进展。

本文综述这方面的研究成果，旨在为迸一步研究植物激素作用机制提供参考资料。

１生长素受体研究进展虽然早就认识到生长素及其对植物生长发育的调节作用，但直到最近才证明ＴＩＲｌ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｈｉｂｉｔｏｒｒｅ－ｓｐｅｎｓｅｌ）是生长素的受体。

ＴＩＲｌ蛋白是由ＴＩＲｌ基因编码的一种Ｆ．ｂｏｘ蛋白，含有５９４个氨基酸残基，由Ｎ端的一个Ｆ．ｂｏｘ模式、一段短的约４０个氨基酸残基的间隔区域（ｓｐａｃｅｒｒｅｇｉｏｎ）、１６个简并的ＬＲＲｓ（１ｅｕｃｉｎｅ—ｒｉｃｈｒｅｐｅａｔｓ）和一个Ｃ端约７０氨基酸残基的尾巴构成。

其中Ｎ端的７５个氨基酸（包括Ｆ—ｂｏｘ序列）是ＴＩＲｌ同ＩＡＡ结合所必需的，推测这段序列直接控制ＴＩＲｌ同ＩＡＡ和Ａｕｘ／ＩＡＡ蛋白的结合。

从19世纪中叶起，生物学研究逐渐由表及里，向理解生命现象的内在规律，探索生命过程的运行机理深入。

越来越多的化学分析，物理检测手段被运用于生物学实验中。

通过实验的严格设计和精心安排，展开对生命活动运行规律的探究。

目前，生物高考试题也较常使用标志性生物实验作为试题背景模型考查相关重要知识点，而且越来越多地要求大家自行组织科学的生物语言主观作答。

对于结果比较类的实验题型，准确寻找到题干内的变量信息，将是破解出题意图、并正确答题的重要手段。

一般而言，实验结果常见呈现形式有坐标曲线、直方图形、表格形式、文字描述等方式。

通过对上述实验结果的阅读理解，我们应该快速提取出其中的自变量（又名实验变量，既实验中由实验者所操纵的因素或条件）和因变量（又名反应变量，既实验中由于自变量而引起的变化和结果）。

确认变量之后，比较不同因变量的对应自变量，找出变化规律，结合所学知识点，归纳导致不同结果出现的根本性差异，即可准确理解试题，进而开始作答。

下面用两个典型例题，带领大家熟悉此类试题的解题过程。

例1  植物激素突变体是研究植物激素合成、代谢途径以及生理功能的重要实验材料。

某课题组为了研究生长素和赤霉素对遗传性矮生豌豆的作用效应，将适宜浓度的生长素和赤霉素，以及清水分别喷施到5个不同突变体（生长速率分别为lg1.2、lg1.4、lg1.6、lg1.8、lg2.0/毫米/7天）的矮生豌豆幼苗上，实验结果如图。

根据实验结果，你能得出哪些结论？解析  本例题中，实验结果的呈现形式为坐标曲线图。

其中，③是喷施清水正常生长的对照组，并以对照组豌豆幼苗的生长高度作为参照，标记为100%。

②与①分别对应喷施生长素和赤霉素的豌豆幼苗组。

根据我们前面介绍过的，变量是指在实验中影响实验结果的因素或条件，而实验的目的就在于捕获、解释自变量和因变量之间的前因后果。

据题分析，可以得知，本实验的自变量有两个，一是不同生长速率的突变体;二是喷施试剂的种类（赤霉素、生长素和清水）。

植物生长调控中关键基因的研究植物生长调控，是指植物在生长发育过程中，受到多种内外环境因素的影响，从而产生某些生理和形态变化的一种生命活动过程。

这个过程涉及到许多复杂的分子机制和信号转导通路，而关键基因的研究则是深入探究植物生长调控的重要途径之一。

一、关键基因是什么？在基因层面上，我们可以将关键基因定义为对于某些生命过程或特定的表型特征，其突变或缺失会对这些生命过程或表型特征产生显著影响的基因。

考虑到植物生长调控可能涉及到诸如营养吸收、细胞分裂、植物内部激素的合成、转运等方面的调节，而其中有很多基因的确是关键基因，如ABA信号通路中的ABI5、植物生长素信号通路中的ARF和IAAs等等。

二、关键基因研究手段虽然基因编辑等新技术的引入将基因研究的可行性大幅提高，但在关键基因研究方面，经典遗传学的手段仍然是十分重要的。

这主要包括突变体筛选、遗传连锁分析等。

比如，发掘某些影响植物内部激素运输的关键基因，就需要从突变体库中进行筛选。

在筛选过程中，科学家们会对突变体进行全部鉴定，寻找那些表现异常的植株，从而找到对植物生长调控有显著作用的关键基因。

三、生长调控中的关键基因举例1.在植物生长发育的不同阶段，细胞壁松弛蛋白都会发挥不同的生理功能。

而对于参与细胞壁新生的细胞壁松弛酶家族基因而言，研究发现它们突变后会影响细胞壁合成，进而影响整个细胞的生长发育。

2.SNF1-related protein kinase (SnRK1)在ABA途径中起着十分重要的作用，能够负调控ABA信号通路。

3.在植物内部激素维持的平衡中，关键基因IAA和ARF分别在生长素的合成和感应过程中发挥着重要作用。

研究发现生长素的一次合成步骤中，ARF3和ARF4是十分关键的调控节点。

综上，植物生长调控是一个非常复杂的生命过程，而关键基因研究正是在探究这个生命过程的机制。

通过遗传学手段的筛选和突变技术，作为预测调节植物生长发育有深远意义的关键基因，已经在植物科研领域中显示出了广泛的应用价值，为我们更好地理解植物生命活动的本质提供了有力依据。

南充市高中2012级第二诊断考试生物试题一、选择题（本大题共7小题，每小题6分，共42分。

在每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题目要求。

）1.右图表示人体中巨噬细胞吞噬、清除衰老红细胞的过程。

相关叙述错误的是( )A.结构②为溶酶体，是由结构①以出芽的形式形成的B.吞噬泡与结构②的融合体现生物膜的流动性C.巨噬细胞识别衰老的红细胞与细胞膜表面的糖蛋白有关D.结构②中的水解酶将吞噬泡中的蛋白质、RNA、DNA等水解2.2014年，非洲地区爆发新一轮的埃博拉疫情。

其病原体为埃博拉病毒。

下列有关埃博拉病毒的叙述中不正确的是( )①为获得大量埃博拉病毒用于研究，可以用培养基在体外培养；②该病毒的遗传物质是DNA 和RNA；③该病毒结构简单，没有任何细胞器；④该病毒增殖时，遗传信息和氨基酸等原料由宿主细胞提供；⑤该病毒主要由蛋白质和核酸组成，是最小的生命系统A． 2项B．3项C．4项D．5项3．某雄性动物的基因型为AaBb。

右图是其一个精原细胞减数分裂过程中的两个不同时期细胞分裂图像。

有关该精原细胞及其分裂过程叙述正确的是( )A.图甲所示细胞处于减数第一次分裂过程中B.该精原细胞在分裂过程中发生了基因突变C.所产生的精细胞的基因型分别为ab、ab、AB、ABD.分裂过程中，基因A、a、b、b可能移向细胞同一极4.下列关于生物进化的说法，正确的是( )A.生物进化的实质是种群基因频率的改变，随机交配对种群的基因频率没有影响B.二倍体西瓜经过秋水仙素处理成为四倍体，证明了新物种的形成不一定需要隔离C.生物多样性的形成也就是新的物种不断形成的过程D.“超级细菌”的产生说明抗生素的滥用会促使细菌发生基因突变5.植物激素突变体是研究植物激素合成、代谢途径以及生理功能的重要实验材料。

某课题组为了研究生长素和赤霉素对遗传性矮生植物的作用效应，将适宜浓度的生长素和赤霉素分别喷施到 5 个不同突变体（生长速率分别为 lg1.2,lg1.4,lg1.6,lg1.8,lg2.0 毫米 /7 天）的矮生豌豆幼苗上，实验结果如图。

高考生物专题练习植物激素调节一、选择题1．通常，叶片中叶绿素含量下降可作为其衰老的检测指标。

为研究激素对叶片衰老的影响，将某植物离体叶片分组，并分别置于蒸馏水、细胞分裂素（CTK）、脱落酸（ABA）、CTK+ABA溶液中，再将各组置于光下。

一段时间内叶片中叶绿素含量变化趋势如图所示。

据图判断，下列叙述错误的是（ ）A．细胞分裂素能延缓该植物离体叶片的衰老B．本实验中CTK对该植物离体叶片的作用可被ABA削弱C．可推测ABA组叶绿体中NADPH合成速率大于CTK组D．可推测施用ABA能加速秋天银杏树的叶由绿变黄的过程2．研究小组探究了萘乙酸（NAA）对某果树扦插枝条生根的影响，结果如下图。

下列相关叙述正确的是（ ）A．自变量是NAA，因变量是平均生根数B．不同浓度的NAA均提高了插条生根率C．生产上应优选320 mg/ L NAA处理插条D．400 mg/ L NAA具有增加生根数的效应3．用三种不同浓度的生长素类似物溶液处理某植物插条使其生根，结果如下表。

下列叙述错误的是（ ）1 / 17组别组别 清水清水 浓度a 浓度b 浓度c平均生根数 1529387A ．实验中用于扦插的枝条可能带有芽或幼叶B ．实验结果表明促进插条生根的最适浓度是浓度bC ．该生长素类似物对插条生根的作用具有两重性D ．插条的长势、处理时间的长短等属于本实验的无关变量4．不同浓度的生长素影响某植物乙烯生成和成熟叶片脱落的实验结果如图所示。

下列有关叙述正确的是（ ）A ．该实验只有脱落率是因变量B ．脱落率随生长素和乙烯浓度增加而不断提高C ．该实验不能证明生长素是通过乙烯而影响叶片脱落率D ．图可推知生产上喷施高浓度乙烯利能降低脱落率5．下列甲、乙、丙三图分别表示有关的生物学过程，相关叙述中正确的是（ ）A ．甲图中生长素浓度小于b 点时促进生长，大于b 点抑制生长B ．甲图中，若b 点为茎背光侧的生长素浓度，则c 点不可能为茎向光侧的生长素浓度C ．乙图能够正确表示不同器官对生长素的敏感度D ．生产上可用一定浓度生长素类似物除去单子叶植物中的双子叶杂草，丙图中曲线1表示单子叶植物表示单子叶植物6．下列有关生物实验及其结果的叙述，正确的是（ ） A ．用高倍镜观察菠菜叶中的叶绿体，可见其在细胞质中是均匀分布的 B ．蛋白质、氨基酸溶液中分别加入双缩脲试剂后都变紫色 C ．制作生态缸可观察人工生态系统中群落的演替情况D．相同浓度的NAA（α-萘乙酸）和2，4-D促进同种插条生根的结果一定相同促进同种插条生根的结果一定相同7．下图是植物体内赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）的形成过程，下列相关说法不正确的是（ ）A．GA与ABA的形成途径相似，都受到外界环境的影响B．GA与ABA在植物不同器官和组织中含量不同，但是含量都极低C．GA与ABA有一定的拮抗作用，共同对植物的生长发育起调节作用D．夏季植物体内ABA产生量增加，生长加快；冬季GA量产生增加，生长受抑制量产生增加，生长受抑制8．油菜素内酯（BL）是植物体内的甾醇类激素，科研人员以拟南芥为材料，研究其含量调节机制，做了如下实验：A组 B组处理方法 用5 μmol/L油菜素唑（Brz）处理，分解内源BL用5 μmol/L油菜素唑（Brz）处理，分解内源BL，再用O。

植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展江苏农业(JiangsuJ.ofAgr.Sci.),2007,23(4):360—365植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展江玲,万建民(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏省植物基因工程技术研究中心,江苏南京210095)摘要:综述了植物激素脱落酸(Abscisicacid,ABA)和赤霉素(Gibberellinacid,GA)及其相互作用调控种子休眠和萌发过程的研究进展.大量研究结果表明,ABA和GA是种子休眠获得和解除过程中起关键作用的内源信号分子,ABA诱导种胚细胞分裂停止,启动并维持种子休眠,而GA启动和促进种子萌发,两者在调节种子休眠和萌发过程中存在相互拮抗的关系.以糊粉层组织为例,阐述了ABA和GA在调控种子萌发时仪一淀粉酶表达的信号通路.关键词:种子;休眠;萌发;ABA;GA;信号通路中图分类号:$330.2文献标识码:A文章编号:lOOO-444o(2007)04-0360-06 AdvancesinSeedDormancyandGerminationRegulatedbyPlantHor-monesABAandGAJIANGLing,WANJian—min (StateKeyLaboratoryforCropGenetics&GermplasmEnhancement,J mn~uResearchCenterofPlantGeneEngineering,NangAgriculturalUniversit y,Nanfing210095,China)Abstract:Seeddormancyandgerminationplaysakeyroleintheliving,propag ationanddistributionofaplantpop—ulation.PlanthormonesABAandGAareendogenoussignalmoleculesregul atingtheseeddormancyandgermination.ABA inducestheendofthedivisionofembryocellsandinitiatesandkeepsseeddor mancystate,whileGAgeneratesthecontraryactivity,startingandpromotingseedgermination.Aleuronewassetasaexam pletodiscussthesignalpathwayoftheactiva—tionandexpressionofamylasesregulatedbyABAandGA.Keywords:seed;dormancy;germination;ABA;GA;signalpathway种子休眠和萌发是高等植物个体发育中的重要事件,关系到种群的生存,繁衍和分布,具有重要的生态意义.而在农业生产上,种子休眠性过强,会导致田间出苗率降低,出苗参差不齐,以及带来下一季的杂革问题;休眠性过弱,田间易发生穗发芽,降低作物的品质和种子质量.因此深入研究种子休眠和收稿日期:2006-09-04基金项目:国家自然科学基金项目(30471120,30671246);江苏省青年创新人才计划项目(BK2003415);国家”973”计划子课题(2004CB117204);长江学者和创新团队发展计划项目作者简介:江玲(1968一),女,安徽歙县人,博士,教授,从事水稻遗传育种研究.通讯作者:万建民,(Te1*************;(E—mail)**************.en 穗发芽抗性的分子机理,具有重要的理论价值和实践意义.迄今利用大量影响种子休眠和萌发的相关突变体研究发现,在种子休眠获得或解除过程中起关键作用的内源信号分子即是脱落酸(Abscisicacid,ABA)和赤霉素(Gibberellinacid,GA).其中,ABA促进种子贮藏蛋白和脂肪的合成,促进种子脱水耐性和种子休眠的获得,抑制种胚萌发;而GA促进Ot一淀粉酶,核酸酶,蛋白水解酶,A TP酶等的表达,解除种子休眠,促进萌发,种子休眠或萌发取决于这两种激素的平衡.但关于这两种激素相互作用的机理及其调控种子休眠和萌发的信号通路尚不清楚.本文对植物激素ABA和GA及其相互作用调江玲等:植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展控种子休眠和萌发过程的研究进展进行综述,并以糊粉层组织为例,对ABA和GA调控OL-淀粉酶表达的信号通路加以阐述.1ABA诱导种胚细胞停止分裂,启动和维持种子休眠种子发育的全过程包括种胚发育和种子成熟两个阶段.种胚发育起始于受精卵的细胞分裂,直至种胚各部分基本建成的心形胚期.在种胚发育后期,多种贮藏物质开始积累,种胚因细胞膨大而逐渐充满整个胚囊.种子成熟阶段受脱落酸信号诱导,细胞分裂停止,贮藏物质进一步积累,获得脱水耐性,种胚进入休眠状态.Wang等的研究结果表明,ABA诱导种胚细胞内依赖周期蛋白的激酶抑制物(Cyclin-dependentkinaseinhibitor,简称ICK1)的表达,使细胞周期停滞于G1期不能进入s期.Liu等报道,番茄ABA缺陷型突变体成熟种子由于缺乏ABA,使胚细胞不能受阻于G1期,直接通过s期后停滞于G2期,因此比野生型种子具有更高比例的G2期细胞(4CDNA),这些例证表明内源ABA是使胚细胞停滞于G1期所必需的信号分子. Karssen等发现拟南芥种胚在成熟过程中出现两个ABA峰,第1个峰来源于母体,第2个峰主要来源于种胚自身的合成,而第2个峰的ABA对抑制拟南芥未成熟胚的萌发极为重要.又如在油菜种子发育后期,ABA峰与未成熟胚的低萌发性有关J.FUS3和LEC基因调节种胚的生长与停滞,这些基因的突变导致种胚和胚乳细胞分裂不停止, 种胚持续生长,Raz等报道在.3和zec突变体种子发育过程中,ABA含量比野生型低3倍,这使其种子表现很高的胎萌性J.在野生型拟南芥种子中,胚性ABA累积,诱导种子进入休眠,并维持休眠状态.比较向日葵_8J,大麦J,白花烟草..的休眠和无休眠种子内源激素的差异,可知种子休眠的维持还与吸胀过程中ABA的重新合成有关.Kawaka. mi等¨发现3个无休眠性的小麦突变体,其ABA含量正常,但其种胚失去对ABA的敏感性,此外lec1突变也严重降低了ABA的敏感性.上述例证表明种胚中ABA含量及其对ABA的敏感性在诱导和维持种子休眠中起着关键作用.种子成熟阶段贮存物质的积累,晚期胚胎发生富集蛋白(Lateembryogenesisabundantprotein, LEA)基因的表达均受到ABA及转录因子的协同调控,这些基因的启动子序列中均含有发育阶段特异的,组织特异的ABA应答元件¨引.通过酵母单杂交技术鉴定了许多与这些启动子相互作用的DNA 结合因子.然而至今,仅对以下6个转录因子进行了遗传分析和功能鉴定14]:ABI3/VP1,ABI4,ABI5, LEC1,LEC2和FUS3,它们均为ABA诱导的或种子特异表达的基因产物,其中ABI3/VP1在种子脱水耐性获得,种子休眠形成等过程中起着关键的调控作用17].ABI3/VP1分别为来自拟南芥和玉米的直系同源基因,其它的直系同源基因还包括水稻OsVP1l1,小麦TaVP1l1,燕麦4,胡萝卜C.ABI3l16]和菜豆pMLFl2..等,它们均激活ABA诱导基因启动子的转录,也作为种子萌发过程基因表达转录的抑制子,VP1抑制功能域与激活域显着不同, 同时,其抑制功能的表达也需要ABA的诱导¨.2GA启动和促进种子萌发萌发过程开始于种子吸水,结束于胚轴伸长及胚根突出种皮.研究发现拟南芥GA缺陷型突变体如gal-3和gal-2的有活力种子在适宜的发芽条件下不能萌发;GA合成抑制剂如Paclobutrazol(pp333)和Uniconazole(S-3307),也抑制种子的萌发,这些实例均表明种子吸胀后胚根突出种皮需要新的GA合成,GA含量的高低决定着种子能否萌发.GA在促进种子萌发中至少起到两种信号作用:第一是软化种胚周围的组织,克服种皮机械限制;第二是促进种胚的生长.在番茄种子中,GA诱导与细胞壁松弛有关的基因如内$-甘露聚糖酶基因,木葡聚糖内转糖基酶/水解酶基因,扩展蛋白基因,13-1,3.葡聚糖酶基因和几丁质酶基因等表达,且其中的某些基因只在与胚根对应的株孔处特异表达.用拟南芥突变体,已鉴定了几种涉及GA信号通路的分子如SPY,RGL1,RGL2,它们均为含DELLA域的家族成员,在依赖GA的种子萌发中起着负调节因子的作用.如spy突变体呈现植株细长,早开花,易萌发的表型,提示SPY在GA介导的茎伸长,种子萌发中起调控作用.3ABA和GA在调控种子休眠和萌发中的互作在控制种子休眠和萌发中,ABA和GA起到相江苏农业2007年第23卷第4期反的作用.Koornneef等报道拟南芥ABA缺陷型突变体种子体眠性降低.Debeaujon等报道GA缺陷型拟南芥突变体种子休眠性增强,需用外源GA才能萌发,而去除种皮可解除这种需要,因为种皮发芽障碍和ABA引起的胚休眠需要GA来克服.ABA和GA双缺陷型突变体种子具有萌发能力,表明种胚中GA与ABA在调节这一过程中存在相互拮抗的关系.在拟南芥中,一个类似扩展蛋白的基因AtEPR1,在萌发种子珠孔末端的胚乳中表达,且其表达只受GA调控,不受ABA的调控¨.在烟草中,GA与种皮,胚乳裂解导致的休眠解除相关,GA促进与休眠解除有关的报告基因B一1,3一葡聚糖酶基因的表达,促进种子萌发,而ABA延迟胚乳裂解,种皮破裂,抑制GLUI基因的诱导,保持种子处于休眠状态.在水稻细长型突变体(slrl突变体)内,具有组成性的GA反应和不依赖于GA的仅一淀粉酶的表达,但这个不依赖GA的表达却被外源ABA所抑制,提示种胚周围组织中GA的作用不能排除在ABA信号之外.此外,在黄杉种子萌发过程中,GA刺激果胶甲酯酶的合成和活性增加,而ABA却起抑制作用.总之,GA有解除种子休眠的作用,ABA有保持种子休眠的作用.种胚中ABA和GA的信号通路非常相似,而且用拟南芥研究的结果显示这两个信号通路间存在很多的相互作用.ABA不敏感性突变体abil一1无休眠性,萌发正常,在这些突变体中进一步筛选到具有休眠性的GA合成或敏感性下降的突变体(如gal,sly1);拟南芥ABA缺限型突变体和ABA不敏感型突变体种子萌发无需GA的作用,此外,提高GA 信号通路的拟南芥SPY1基因的突变,导致对ABA 的敏感性下降.对休眠性降低的拟南芥突变体rdol和rdo2的研究结果表明,突变体ABA含量及对ABA的敏感性并未发生明显变化,但对GA合成的抑制剂Tetcyclacis的敏感性却显着降低,提示这些突变体内源赤霉素含量可能升高.这些试验表明决定种子休眠还是萌发,主要取决于ABA和GA激素的相互的平衡…,曹雅君等报道高GA/ ABA比值使水稻种子休眠解除,相反低GA/ABA 比值维持水稻种子的休眠.高ABA或低GA敏感性水平导致休眠的种子增加,相反低ABA或高GA 敏感性水平导致休眠种子的减少.然而在鉴定筛选萌发受抑制的突变体时,发现萌发部分被抑制的突变体具有多种恢复突变的途径,提示存在多种信号通路.因此,种子休眠中ABA和GA的关系极为复杂,可能还存在其它激素的合成和信号转导途径,如乙烯(Ethylene,Eth)和油菜素内脂(Brassinosteroid, BR)均影响ABA和GA在种子中的作用¨J.4GA和ABA对一淀粉酶表达信号通路的调控目前,关于GA和ABA对种子休眠和萌发调控的信号通路,研究得较为深入的是禾本科植物种子萌发过程糊粉层组织中仅一淀粉酶诱导表达的信号通路.已鉴定糊粉组织中GA信号通路包括三个关键的调节分子:异源三聚体G一蛋白,GRAS家族调节蛋白SLENDER(SIN1/SLR1)和转录因子GAMyb.研究发现,糊粉层组织中,GA诱导仅一淀粉酶表达的过程,首先是GA与其膜受体相互作用,激活异源三聚体G一蛋白,随后,导致SLR1/SLN1去稳定化,从而使GAMyb表达及下游事件的发生,包括仅一淀粉酶,蛋白酶,核酸酶,细胞壁降解酶等的合成.Jones等用Mas7(一种两亲的阳离子十四肽,可通过异源三聚体G一蛋白刺激GDP/GTP的转换)处理野燕麦糊粉层细胞原生质体,可特异诱导仅一淀粉酶基因的表达.水稻dl矮秆突变体缺乏异源三聚体G一蛋白仅一亚基单拷贝基因,造成茎的伸长受阻,并影响GA对糊粉组织仅一淀粉酶的诱导J.水稻和大麦纤细型突变体(Slender)中存在不依赖GA的茎伸长和糊粉组织仅一淀粉酶的合成;大麦SLN1/slnl杂合子个体自交后代中,有1/4的个体表现出,即使无GA存在,slnl/slnl/sln1种子仍合成和分泌仅一淀粉酶J.此外,在没有GA存在时,GAMyb的过量表达也足以启动其下游的信号事件l4.但关于GAMyb蛋白在信号转导途径中的详细作用远没有清楚,需进一步的研究.ABA在萌发中的主要作用是拮抗GA诱导贮藏物质的转化.Ritchie等报道,在大麦糊粉层细胞中ABA抑制GA诱导的仅一淀粉酶沿I生的过程,涉及G一蛋白介导的磷脂酶D的活化和由多胺(Poly—amine,PA)和ca¨作为第二信使的信号通路.在萌发的成熟大麦种子糊粉层细胞中,ABA诱导Ser/Thr蛋白激酶(PKABA1)的表达,它抑制了GA对GAMyb的诱导,但PKABA1的抑制作用不能被由slender突变体的组成性GA反应所拮抗J,表明江玲等:植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展PKABA1作用于SLENDER调节步骤的下游.ABA对(PKABA1)的诱导表达可被GA逆转,因此,PKA-BA1的诱导可能涉及到GA和ABA间的互作.当PKABA1过量表达时,它能模拟ABA效应,抑制Or.-淀粉酶的表达,并且具有基因的剂量效应.在slnl突变体种子中,PKABA1的过量表达也能阻断不依赖GA的0/..淀粉酶的表达,且这种效应具有明显的特异性,但PKABA1对GAMyb激活的Or.-淀粉酶的表达没有影响.利用PKABA1的RNAi敲除技术阻断PKABA1的表达,并不影响ABA对Or.-淀粉酶表达的抑制效应,表明可能存在另一种类似PKABA1的蛋白激酶,或者ABA处理之前,组织中也存在一定水平的PKABA1,由于PKABA1是非常稳定的酶,因此,即使RNAi敲除新PKABA1的合成,仍不影响ABA对Or.-淀粉酶的抑制效应.通过转组成性启动子驱动的GAMyb编码区的转基因使GAMyb异位表达,能促进不依赖GA模式的仅.淀粉酶表达,ABA在阻断GA诱导Or..淀粉酶中非常有效,而对GAMyb激活的Or.-淀粉酶表达没有作用,但ABA在转录水平上可阻断GA诱导的GAMyb的表达,因此,ABA在GA信号通路中的作用位点介于SLR1/SLN1与GAMyb之间的某个位置.然而关于这两者之间的信号通路还知之甚少.虽然GA能在转录水平上诱导GAMyb的表达,但对GAMyb的诱导水平(3～5倍)远低于对Or..淀粉酶的诱导水平(50～100倍),因此可能还存在GA调节GAMyb的其它途径,这方面还需进一步研究.5展望综上所述,种子休眠和萌发是一个十分复杂的生理过程,期间众多基因的表达受到ABA和GA的精确调控,以应对种子发育状态的转变和环境条件的变化.借助遗传学,分子生物学,生理生化的方法和大量突变体,已初步阐明GA诱导种子萌发的信号通路,包括异源三聚体G.蛋白的活化,抑制子SLR1/SLN1的去稳定化,转录因子GAMyb的诱导, ABA通过诱导合成PKABA1或未知因子的表达,进一步作用于SLR1/SLN1与GAMyb之间的GA信号通路而起作用.种子休眠或萌发取决于ABA和GA 这两种激素信号的平衡…,然而激素对种子休眠或萌发的调节是怎样通过一个网络式的调节网(Spi—derweb)进行的?与种子休眠和萌发过程信号通路相关的事件,如SLR1/SLN1的去稳定与GAMyb诱导之间的关系?ABA如何影响这个过程?糊粉层系统研究的信息对理解其他组织中GA与ABA的相互作用有借鉴吗?这些细节问题均需更多的遗传分析和分子鉴定来阐明.随着水稻基因组计划的完成以及更多GA和ABA突变体的鉴定,水稻已成为研究ABA和GA调控种子休眠和萌发的模式植物. 利用酵母单杂交,双杂交技术,分离鉴定ABA和GA 调控水稻种子休眠和萌发的信号通路中与赤霉素响应元件(GAresponseelement,GARE)和脱落酸响应元件(ABAresponseelement,ABRE)相结合的转录因子,并研究其功能及其互作,可加快水稻种子休眠和萌发机理的研究,为水稻抗穗发芽育种提供新的思路和手段.参考文献:[1]BRADYSM,MCCOURTPHormonecross—talkinseeddormancy [J].JPlantGrowthRegu1,2003,22:25—31.[2]WANGH,QIQ,SCHORRP,eta1.ICK1,acyclin—dependentpro—teinkinaseinhibitorfromArabidopsisthalianainteractswithbothCdc2aandCycD3.anditsexpressionisinducedbyabscisicacid [J].PlantJ,1998,l5:501.510.[3]LIUY,BERGERVOETJHW,RICDEVOSCH,eta1.Nuclear replicationactivitiesduringimbibitionofabscisicacidandgibber- ellindeficienttomato(LycopersiconesculentumMil1.)seed[J]. Planta,1994,194:368-373.[4]KARSSENC,BRINKHORST—V ANDERSD,BREEKLANDA,et a1.Inductionofdormancyduringseeddevelopmentbyendogenous abscisicacid:studiesofabscisicaciddeficientgenotypesofArabi—dopsisthaliana(1|_)Heynh[J].Planta,1983,157:158—165.[5]FINKELSTEINR,TENBARGEK,SHUMWA YJ,eta1.Roleofab. scisicacidinmaturationofrapeseedemb~os[J].PlantPhysiol,1985,78:630-636.[63RAZV,BERGERVOETJ,KOORNNEEFM.Sequentialstepsfor developmentalarrestinArabidopsisseeds[J].Development,2001, 128:243-252.[7]NAMBARAE,HAY AMAR,TSUCHIY A Y,eta1.TheroleofAB13 andFUS3lociinArabidopsisthalianaonphasetransitionfromlateemb~odevelopmenttogermination[J].DevBiol,2000,220:421—423.[8]LEPAGE—DEGIVRYMT,GARELLOG.Insituabscisicacidsyn. thesis:arequirementforinductionofemb~odormancyinHelian—thusannuus[J].PlantPhysiol,1992,98:1386—1390.[9]WANGM,HEIMOV AARA—DUKSTRAS,V ANDERMEULENR M.eta】.ThemonoclonalantibodyJIM19modulatesabscisicacid actioninbarleyaleuroneprotoplasts[J].Planta,1995,196:271—364江苏农业2007年第23卷第4期276.[1O]GRAPPINP,BOUINOTD,SO3TAB,eta1.Controlofseeddor—mancyinNicotianaplumbaginifolia:post-imbibitionabscisicacid synthesisimposesdormancymaintenance[J].Planta,2000,210:279-285.[11jKAWAKAMIN,MIY AKEY,NODAK.ABAinsensitivityandlowABAlevelsduringseeddevelopmentofnon—dormantwheatmutants [J].JExpBot,1997,48:1415.1421.[12]PARCYF,V ALONC,KOHARAA,eta1.TheAbscisicAcidinsen. sitive3,fusca3,andleafycotyledonllociactinconcerttocontrol multipleaspectsofarabidopsisseeddevelopment[Jj.PlantCell, 1997,9:1265I277.[13]BUSKPK,PAGESM.Regulationofabscisicacidinducedtran- scription[J].PlantMolBiol,1998,37:425-435.[14]FINKELSTEINRR,GAMPALASSL,ROCKCD.Abscisicacid signalinginseedsandseedlings[Jj.PlantCell,2002,14:15-45. [15]HA TFORIT,TERADA T,HAMASUNAST,Sequenceandrune- tionalanalysesofthericegenehomologoustothemaize[J]. PlantMolBiol,1994,24:805—810.[16]SHIOTAH,SA TOHR,WA TABEKI,eta1.C.ABI3,thecarrot homologueoftheArabidopsisABI3isexpressedduringbothzygotic andsomaticembryogenesisandfunctionsintheregulationofem—bryogenesis-specificABA—induciblegenes[J].PlantCellPhysiol, 1998,39:1184-1193.[17]LUERSSENH,KIRIKV,HERRMANNP,eta1.FUSCA3encodes aproteinwithaconservedVP1/ABI3-likeB3domainwhichisof functionalimportancefortheregulationofseedmaturationinAra bidopsisthaliana[J].PlantJ,1998,15:755-764.[18]BAILEYPC,MCKIBBINRS,LENTONJR,eta1.Geneticmap locationsfororthologousgenesinwheatandrice[J].Theor ApplGenet,1999,98:281-284.[19]JONESHD,PETERSNCB,HOLDSWORTHMJ.Genotypeand environmentinteracttocontroldormancyanddifferentialexpression oftheviviparous1homologueinembryosofAvenafatua[J].PlantJ,1997,12:911-920.[20]BOBBAJ,EIBENHG,BUSTOSMM.PvAlf,anembryo-specific acidictranscriptionalactivationenhancesgeneexpressionfrom phaseolinandphytohemagglutininpromoters[J].PlantJ,1995,8:331-343.[21]HOECKERU,VASILIK,MCCARTYDR.Singalingfromtheem- bryoconditions—mediatedrepressionof—amylasegenesinthe aleuroneofdevelopingmaizeseeds[J].PlantJ,1999,19:371—377.[22]KOORNNEEFM,VANDERVEENJH.Inductionandanalysisof gibberellinsensitivemutantsinArabidopsisthaliana(L.)Heynh [J].TheorApplGenet,1980,58:257-263.[23]NAMBARAE,AKAZAWA T,MCCOURTP.Effectsofthegibber- ellinbiosyntheticinhibitoruniconazolonmutantsofArabidopsis [J].PlantPhysiol,1991,97:736-738.[24]YAMAGUCHIS,KAMIYA Y.Gibberellinsandlight-stimulatedseedgermination[J].JPlantGrowthRegul,2002,20:369-376.[25]OGAWAM,HANADAA,YAMAUCHIY,eta1.Gibberellinbio. synthesisandresponseduringArabidopsisseedgermination[J]. PlantCell,2003,15:1591-1604.[26]OLSZEWSKIN,SUNTP,GUBLERF.Gibberellinsignaling:bio- synthesis,catabolism,andresponsepathways[J].PlantCell,2002,14?61-8O.[27]LEES,CHENGH,KINGKE,eta1.GibberellinregulatesArabi- dopsisseedgerminationviaRGL2,aGA//RGA-likegenewhoseex- pressionisup-regulatedfollowingimbibition[J].Genes&Devel opment,2002,16:646-658.[28]JACOBSENSE,BINKOWSKIKA,OLSZEWSKINE.Spindly,a tetratrieopetiderepeatproteininvolvedingibberellinsignaltrans- ductioninArabidopsis[J].ProcNatlAcadSci,1996,93:9292-9296.[29]KOORNNEEFM,JORNAML,BRINKHORST.V ANDERSWAN DLC,eta1.Theisolationandanalysisofabscisicacid(ABA)-deft—cientmutantsbyselectionofinducedrevertantsinnongerminating gibberellin-sensitivelinesofArabidopsisthaliana(L.)Heynh[J]. TheorApplGenl,1982,61:385—393.[3O]DEBEAUJONI,KOORNNEEFM.GibberellinrequirementforAra. bidops~seedgerminationisdeterminedbothbytestacharacteristicsandembryonicabscisicacid[J],PlantPhysiol,2000,122:415-424.[31]DUBREUCQB,BERGERN,VINCENTE,eta1.TheArabidopsis AtEPR1extensinlikegeneisspecificallyexpressedinendosperm duringseedgermination[J].PlantJ,2000,23:643-652.[32]LEUBNER—METZGERG.Seedafter—ripeningandover-expression ofclassIt3-1,3-glucanaseconfermaternaleffectsontobaccotesta ruptureanddormancyrelease[J].PlantaMed,2002,215:959—968.[33]IKEDAA,SONODA Y,VERNIERIP,eta1.Theslenderricemu. rantwithconstitutivelyactivatedgibberellinsignaltransdaction,has enhancedcapacityforabscisicacidlevel[J].PlantCellPhysiol,2002,43:974-979.[34]SCHMITZN,ABRAMSSR,KERMODEAR.ChangesinABA turnoverandsensitivitythataccompanydormancyterminationof yellow—cedar(Chamaecyparisnootkatensis)seeds[J].JExpBot, 2002,53:89-101.[35]STEBERCM,COONEYSE,MCCOURTP.IsolationoftheGA responsemutantsUasasuppressorofabil-inArabidopsisthali一∞0[J].Genetics,1998,149:509-521.[36]LEON.KLOOSTERZIELKM,V ANDEBUNTGA,ZEEV AARTJ A,eta1.Arabidopsismutantswithareducedseeddormancy[J].PlantPhysiol,1996,110:233-240.[37]曹雅君,江玲,罗林广,等.水稻品种休眠特性的研究[J].南京农业大学,2001,24(2):1.5.[38]ITOHH,UEGUCHI—TANAKAM,SA TOY,eta1.Gibberellinsig- halingisregulatedbytheappearanceanddisappearanceofslender riceIinthenucleus[J].PlantCell,2002,14:57-70.江玲等:植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展[39]JONESHD,SMITHSJ,DESIKANR,eta1.HeterotrimericGpro—teinsareimplicatedingibberellininductionofa—amylasegeneex—pressioninwildoataleurone[J].PlantCell,1998,10:245254.[4O]UEGUCHI—TANAKAM,FUJISAWA Y,KOBAY ASHIM,eta1. Ricedwarfmutantdl,whichisdefectiveinthealphasubunitof tbeheterotrimericGprotein,affectsgibbcrellinsignaltransduction [J].ProcNatlAcadSci,2000,97:11638—11643.[41]IKEDAA,UEGUCHI—TANAKAM,SONODA Y,eta1.Slertder rice,aconstitutivegibberellinresponsemutant,iscausedbyanull mutationoftheSLRIgene,anoflhologoftheheight—regulating geneGAI/RGA/RHT/D8[J].PlantCell,2001,13:999—1010. [42]HOTD,GOMEZ—CADENASA,ZENTELLAR,eta1.Crosstalk betweengibberellinandabscisicacidincerealaleurone[J].J PlantGrowthRegul,2003,22:185—194.[43]GOMEZ—CADENASA,ZENTELLAR,WALKERSIMMONSMK, eta1.Gibberellin/Abscisicacidantagonisminbarleyaleuroneceils:siteofactionoftheproteinkinasePKABA1inrelationto gibberellinsignalingmolecules[J].PlantCell,2001,13:667-679.[44]RITCHIES,GILROYS.Abscisicacidsignaltransductioninthe barleyaleuroneismediatedbyphosphollpaseDactivity[J].Proc NatlAcadSci,1998,95:3697-3702.[45]YAMAUCHID,ZENTELLAR,HOT—HD.Molecularanalysisof thebarley(HordeumvulgateL.)geneencodingtheproteinkinascPKABA1capableofsuppressinggibberellinactioninaleuronelayers[J].Planta,2002,215:319-326.f46]ZENTELLAR.Y AMAUCHID.HOT—HD.Moleculardissectionof thegibberellin/abscisicacidsignalingpathwaysbytransientlyex—pressedRNAinterferenceinbarleyaleuronecells[J].PlantCell,2002,14:2289—2301.[47]GUBLERF,CHANDLERPM,WHITERG,eta1.Gibberellinsig- nalinginbarleyaleuronecells,controlofsinlandGaMybexpres—sion[J].PlantPhysiel,2002,129:191—200.。