水稻锌指蛋白ZFP157参与激素调控的初步研究开题报告

 2023-02-18 22:16:23

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

植物激素是一种微量的有机分子,通过调节种子内部的一系列蛋白质、酶的代谢从而对种子的萌发与休眠起重要作用。迄今为止,大量研究发现,植物激素赤霉素(Gibberellin acid, GA)和脱落酸(Abscisic acid, ABA)是水稻种子发芽和生长起到重要作用的两种调控激素。ABA和GA在植物体内均普遍存在。大量研究发现,在种子休眠的获得和解除过程中起到最关键作用的内源信号分子是ABA和GA,二者存在拮抗作用,ABA通过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[1]。植物激素脱落酸)是含有15个碳原子的由类胡萝卜素合成的半倍萜化合物[2],在植物中普遍存在,植物天然合成的ABA是右旋的。一定浓度的外源ABA能有效防止胚过早萌发[3],促进种子休眠,增强种子脱水性。因此在水稻生产中,ABA常常作为种子萌发的有效抑制剂来储藏种子[4]。在整个种子萌发过程中,ABA分解代谢基因均非常活跃[5]。同时,ABA也是植物响应环境胁迫过程中的信号物质,对植物提高非生物胁迫抗性起到重要作用。赤霉素是一类含19-20个碳原子的双萜化合物,通过增强休眠的释放而促进种子萌发,提高发芽率。GA在种子初期扩张胚和储存物质,种子萌发后期,GA可以促进基因表达,增强软化屏障组织水解酶表达,增加水解酶的合成从而降低胚根尖的机械阻力,解除强迫性休眠,词汇增加胚的生长势,利于胚根突破种皮[6-7]。GA还通过弱化胚乳和植物胚胎细胞的膨胀来促进种子萌发[8]。同时也存在其他影响种子萌发的因素。

其他激素,如乙烯(Ethylene,ETH)、油菜素内酯(Epibrassinolide ,BR)、细胞分裂素(Cytokinin,CTK)通过直接或间接的方式参与ABA或GA信号途径来参与调控种子萌发[9]。此外,Umehara[10]等还认为独脚金(Striga asiatica)萌发素内酯(Strigolactones)能够促进种子萌发,这种激素与其他激素间的相互作用关系还没有相关的研究证明。乙烯和细胞分裂素也会对种子的萌发产生一定的调控作用,可以促进种子休眠和萌发。乙烯主要通过与其他物质的联合作用对种子萌发产生促进作用。乙烯主要通过呼吸作用和水势的增加及促进对胚根细胞的增长产生促进作用,种子受胁迫时,乙烯的产生也会受到影响。生长素(Indole-3-acetic acid,IAA)对植物生长具有正负二重性,可以促进种子萌发,也可以抑制萌发。

种子的萌发是作物品质的重要考虑因素,是从异养到自养的转变关键点,种子的发芽率影响到生产成本和最终产量,也是植物生活中其中最重要和最脆弱的阶段。种子萌发的过程中,干燥的种子迅速恢复代谢活性,完成胚伸出周围结构的细胞事件,并且为随后的细胞生长做准备[11]。种子的休眠是植物进化过程中为了在恶劣环境下赖以生存因而积累下来的一种原始性状。一定程度的休眠可以克服杂交稻制种中出现的不育系穗上的种子在高温多雨季节的穗上萌芽问题,也能延长贮藏时间,并且提高种子利用价值[12-13]。水稻种子的种皮不限制其吸收水分,但会吸收和排放气体,易导致二氧化碳积累和代谢产物失调,抑制种子呼吸作用从而抑制其萌发。

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2. 研究的基本内容和问题

研究目标

为了分析ZFP157是否参与了植物激素调控的种子发育、萌发与逆境响应过程,本课题将对锌指蛋白ZFP157参与植物激素调控进行初步研究。

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3. 研究的方法与方案

研究方法

研究不同浓度处理下ZFP157种子发芽情况,记录下发芽率、成苗率、根长等,绘制发芽曲线,并拍照。

技术路线

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4. 研究创新点

特色或创新之

研究ABA/GA对水稻转基因ZFP157材料种子的影响,从发芽和幼苗两方面开展。既有发芽实验,又有在琼脂上培苗之后处理测量地上部、地下部长度变化。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

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