油菜素内酯影响水稻萌发过程中淀粉代谢的初步研究

【作者】 余佳雯； 熊敏； 鲁军； 李钱峰； 张昌泉； 刘巧泉；

【机构】 扬州大学；

【摘要】 水稻是世界上半数以上人口的主粮,而淀粉是稻米的主要成分,约占稻米干重的80～90%。因此,淀粉的组成、结构和理化特性对稻米的功能和品质均有着重要影响。淀粉按功能可以分为瞬时淀粉和贮藏淀粉,其中贮藏淀粉的一个重要作用是为种子的萌发提供物质和能量。作为重要的农业生产资料,水稻种子的休眠和萌发特性可直接影响水稻的品质和产量。种子一定程度的休眠可以避免成熟时穗萌,减少稻米的产量损失和品质下降;而水稻种子萌发为水稻生产的第一步,良好的种子萌发是水稻幼苗形态建成的基础。种子萌发指种子从开始吸水至胚根突破种皮的一系列有序的生理和形态发生过程。种子的萌发受多种内在和外部因素的影响,主要包括种子含水量、成熟度、休眠情况、温度、光照、空气、植物激素等。植物激素在种子的萌发调控中发挥着重要作用,其中最主要的两种激素是赤霉素(GA)和脱落酸(ABA),他们互相拮抗调控种子的萌发过程。此外,植物激素油菜素内酯(BRs)在种子萌发中的作用也有相关报道,包括BR在拟南芥种子萌发阶段的生理效应和初步的调控机制。但总体而言,有关BR在水稻种子萌发中的相关研究还较少,BR调控种子萌发的效应和调控机理仍不清楚。本文探究了水稻萌发过程中油菜素内酯BR影响胚乳淀粉代谢的效应及其机理。BL处理可抑制水稻种子萌发过程中胚根的伸长。为鉴定BR对萌发种子胚中蛋白表达的调控,进而解析BR调控种子萌发的分子机制,我们以BR合成抑制剂BRZ处理的日本晴及BR不敏感突变体d61种子为研究材料,利用iTRAQ蛋白组学的方法鉴定萌发种子胚中受BR调控的目标蛋白。研究结果显示在受BR调控的目标蛋白中包括Wx等3个参与淀粉代谢的关键酶。为进一步验证BR对这些基因的表达调控,我们分析了Wx等基因启动子融合GUS报告基因的水稻种子,结果显示BR对淀粉代谢相关基因的确具有不同的调控效应。此外,还利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等方法研究BL处理对稻米淀粉理化特性的影响,结果表明经BL处理的淀粉保持着更好的结晶度和有序结构,暗示在萌发过程中胚乳淀粉降解较慢,推测可能是导致种子萌发早期胚根生长缓慢的原因之一。本研究的相关结果为完善水稻淀粉代谢的调控网络提供了重要信息,也为进一步解析水稻中BR调控种子萌发的分子机制奠定了基础。更多还原