二氧化硫?qū)M南芥基因表達譜的影響.pdf

1、二氧化硫(SO2)是全球主要大氣污染物之一。高濃度SO2暴露后多數(shù)植物不能正常生長發(fā)育，有些植物表現(xiàn)較高耐受性。但目前為止，植物的抗逆機理還不清楚。為此，本文首次利用基因芯片技術(shù)研究了SO2暴露對擬南芥莖葉組織細胞基因表達譜的影響，分析植物對逆境適應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。
　　本文選用Affymetrix公司擬南芥基因組寡核苷酸芯片ATH1，對4周齡擬南芥植株SO2熏氣(30 mg/m3，3d)后莖葉組織細胞的基因表達譜進行分析。在芯片

2、總共22810個探針中，對照組和實驗組檢出率分別為64.2％和58.5％，檢出基因90％以上均為低豐度表達。SO2暴露組和對照組間表達差異1倍以上的基因494個，其中上調(diào)基因220個，下調(diào)基因274個，這些基因主要涉及代謝、信號轉(zhuǎn)導、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、以及逆境防御和應(yīng)答等生理過程。進一步分析發(fā)現(xiàn)，SO2暴露后:(1)差異表達1倍以上的基因中代謝基因占38.26％。其中，防御相關(guān)的多個基因被誘導表達，如抗氧化酶SOD、POD、APX、GPX、細胞

3、色素P450、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)、富含脯氨酸伸展蛋白、β-1，3葡聚糖酶、幾丁質(zhì)酶、病程相關(guān)蛋白(PR蛋白)等基因均上調(diào)表達，說明高濃度SO2可致擬南芥細胞氧化脅迫，并引起防御基因轉(zhuǎn)錄水平的提高;防御基因表達上調(diào)有利于細胞清除活性氧，提高代謝解毒能力，增強植株對逆境的適應(yīng)性;(2)多個類別的轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因差異表達。在494個差異表達基因中，轉(zhuǎn)錄因子基因有74個，占15％。其中上調(diào)基因17個，下調(diào)基因57個，主要涉及AP2-EREB

4、P Family、NAC Family、WRKY Family、 MYB Family、HSF Family等與非生物脅迫相關(guān)的家族，這些轉(zhuǎn)錄因子可能在擬南芥SO2脅迫生理中具有重要的調(diào)節(jié)作用;(3)光合作用基因轉(zhuǎn)錄活性較高，其中編碼NDH復合體的11個基因有8個表達上調(diào)。SO2脅迫使這些光合基因表達量增加，可能在修復SO2引起的光合系統(tǒng)損傷中發(fā)揮作用;(4) DNA修復基因差異表達，其中主要涉及錯配修復蛋白(MLH1，MSH3)基因，

5、雙鏈斷裂修復蛋白(XRCC，ATMND1，RAD50，RAD17)基因和跨損傷DNA合成酶(REV1)基因。這些基因差異表達可能會影響DNA修復過程，引起遺傳不穩(wěn)定。此外，對SO2脅迫后誘導表達的部分功能不明確的基因進行Blast分析，發(fā)現(xiàn)了一些基因可能在脅迫生理中具有某種特定功能。
　　本文還對SO2暴露后擬南芥幼苗地上組織中活性氧生成速率和保護酶活性進行了檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn):10，30 mg/m3 SO2暴露2h-24h，擬南芥地

6、上組織中O2-·產(chǎn)生速率上升，H2O2含量增加，SOD、POD活性增加，且高濃度組變化幅度較大。施噴10 mg/L的抗壞血酸(ASA)預處理后，SO2熏氣組擬南芥O2-·產(chǎn)率和H2O2含量降低。通過檢測SO2脅迫組和抗氧化劑緩解后活性氧產(chǎn)生速率、H2O2含量及抗氧化酶活性的改變，證明了SO2暴露對擬南芥植物的氧化脅迫作用，為活性氧參與SO2脅迫下基因表達的調(diào)控提供了證據(jù)。
　　總之，SO2暴露早期即對擬南芥植株產(chǎn)生氧化脅迫。擬南芥