高温胁迫下菊芋sRNA通路几个关键酶基因的克隆与表达分析(2)
有研究表明，重度的干旱胁迫会大幅度的影响菊芋的出苗率、生长发育，但菊芋作为一种耐旱植物，在一定程度的干旱胁迫下出现不良反应的概率很低[2]。此外，菊芋的品种的不同、生长发育阶段的不同、胁迫程度的不同都是菊芋对干旱胁迫的响应以及程度不同的原因[3]。目前有关盐碱胁迫对菊芋的影响的研究较多，如郭丽,王殿奎等人在研究中得出结论：盐碱胁迫对菊芋种子萌发及幼苗生长有着不同程度的影响,当pH>10.1,电导率>2.37 ms•cm-1的时,菊芋种子不能萌发,但是在pH<9.5,电导率<1.27 ms•cm-1的条件下,菊芋种子能够正常萌发[4]。李辉等人在研究盐胁迫对菊芋干物质和糖分积累分配的影响时，选取了南芋一号和青芋二号两种菊芋进行研究，结果表明，盐胁迫大大降低了两个菊芋品种的生物量，并且还改变了植物体内的糖分分布模式，延缓了果聚糖在菊芋体内的尤其是块茎中的积累[5]。此外还有相关研究表明盐碱胁迫对菊芋的生长发育、抗氧化酶活性、叶绿素含量、光合作用参数等生理生化指标均有一定的影响[6]。一些重金属，如土壤中的汞对菊芋的生长发育具有强烈的毒害作用，可抑制菊芋幼苗萌发，对其生长产生不良影响，高浓度汞处理下的菊芋，其株高、节长、叶片数和叶面积等生长指标都出现了显著的下降[1]。有害的重金属会对菊芋的生长发育产生不利影响，如对其幼苗萌发与生长、株高、叶面积、光合作用参数、生物量等产生负面影响[7]。目前的研究倾向于研究菊芋对重金属的耐受性及其机理，以及筛选培育富集重金属的植株等较有实际价值的课题。
高温胁迫对植物有诸多影响，如影响植物的生长发育、光合作用、呼吸作用等生理生化过程。高温胁迫能降低植物的光合作用速率，在叶绿体中，高温胁迫会伤害进行C新陈代谢的基质及进行光化学反应的类囊体，且高温胁迫可导致光合系统Ⅱ的有活性中心向无活性中心转化，以及破坏叶绿体结构、降低CO2的溶解度等[8]，所以高温会使植物的净光合速率降低。此外，高温胁迫下的植物的呼吸作用速率可能会增加或降低，抗氧化系统如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶的活性以及植物清除自由基的水平得到提高[8]，抗逆蛋白（如热激蛋白(HSPs)）的含量迅速增加[9]。此外，目前还没有展开高温胁迫对菊芋的影响方面的研究，本课题则在此方面展开。
sRNA，又名小分子RNA，长度在20~24nt之间，在生物体内不起直接翻译蛋白的作用，但在调控基因表达过程中起着十分重要的作用，在植物的发育进程和植物对生物和环境胁迫的响应过程中发挥重要作用[10]。sRNA主要包括两大类：miRNA（microRNA）、siRNA（small interfering RNA）。植物中，细胞核内编码miRNA基因的转录与加工是偶联的，整个形成过程均在细胞核中完成的，植物sRNA生成途径中核心蛋白成员有：DCL、AGO、RDR[10]。AGO，即Argonaute，其全长由700(AaAGO)～1200(DAGO2)个氨基酸残基组成 , 编码 4 个结构域,分别是N末端、PAZ 、MID 和 PIWI 结构域[11]，目前对AGO蛋白在生物体内的功能已进行了较为系统的研究。AGO蛋白在sRNA沉默通路中发挥关键作用，它组成了沉默复合体的核心结构，且与小分子RNA 在植物同参与文持基因组的稳定、调控组织发育、对逆境的适应性应答以及在RNA层面对入侵核酸(转基因和植物病毒)的免疫[11]。此外,AGO蛋白的功能还包括:在原生动物中指导其大核形成过程中DNA的删除,在真菌和植物中指导其异染色质的组装,在动植物中对靶mRNA进行切割或翻译水平的抑制以及在转录或转录后水平上控制转座元件的移动等[12]。DCL，全称Dicer-like,DCL基因是一个多基因家族, 属于RNaseⅢ家族成员[13]，在进化上高度保守 ，属于ATP依赖性核酸内切酶的一种[13]，各个DCL都具有保守的结构域，不同的生物具有不同的DCL蛋白[14]。DCL基因调控植物的生长发育、新陈代谢、RNA沉默和抗病毒反应等过程[13]，DCL蛋白的缺失使植物感染病毒、感染细菌更容易，细胞调亡更快。在高等植物、昆虫、原生动物以及一些真菌体内,DCL蛋白分别有2、4或5种[15]，此外，相对于真菌和动物，单子叶和双子叶植物的DCL蛋白家族有一个很大的跨度[16]。例如拟南芥有 4 种 DCL 基因，在小 RNAs 生物发生过程中履行专门的职能。DCL1参与 miRNA 的加工过程[17]，DCL2 可能与病毒 dsRNA 进程相关联，而 DCL3 是染色质修饰所必需的[18]。DCL4 通过反式作用 siRNA（ta-siRNAs）的生物发生来调控植物的发育[19]，还参与到拟南芥病毒的防御，沉默信号的产生和接收过程，以及siRNA 引物的合成。目前对于植物中DCL蛋白的功能的研究，仅在拟南芥和水稻屮取得了初步的进展，特别是对DCL基因的功能的研究才刚刚开始。RDR，全称RNA-directed RNA polymerase (RNA指导RNA聚合酶)。在许多真核生物中存在着RDR酶，首次发现RDR酶是在一种RNA 病毒中；在真核生物领域，第一个RDR基因是从番茄中分离出来的[20]。依赖于RNA的RNA聚合酶（RDR）能够以单链RNA为模版合成互补RNA链，产生双链RNA，双链RNA在细胞内被类似RNaseⅢ的酶DCL加工成20—24nt的小分子干扰RNA（siRNA），siRNA可以在转录水平或转录后水平抑制靶基因的表达[22]。RDR通过基因沉默途径参与植物的生长发育调节、病毒应答[21]以及表观遗传修饰等许多生物学过程。植物体内有4类RDR酶（RDR1，RDR2，RDR3，RDR6），4种 RDR 酶分别参与植物体中不同的调节途径[22]。
上一篇：热活化过硫酸盐降解罗丹明B的研究