生育酚和三烯生育酚对水稻种子寿命的影响及作用机制研究

种子寿命是生态学和农业上具有双重意义的重要性状。种子在贮藏过程中常常出现种子老化的现象。活性氧的积累与脂质过氧化是引起种子老化的重要原因。生物在长期进化过程中形成了一整套保护、解毒、修复的机制。然而种子中的含水量很低，水溶性抗氧化酶系恐难以发挥作用。我们前期利用RNA干扰获得水稻生育酚合成突变体，初步分析表明生育酚为维持种子寿命所必需。本研究在进一步筛选与纯化生育酚与三烯生育酚合成突变体的基础上，分析不同突变体种子寿命上的差异，探讨这种差异与脂质过氧化、一氧化氮信号、种子寿命标记蛋白等多方面变化的关系，筛选出生育酚、三烯生育酚相关的差异表达基因，确定与生育酚、三烯生育酚相关的寿命（衰老）蛋白，确认生育酚、三烯生育酚在种子寿命中的功能及可能的作用机制。其结果为全面认识生育酚、三烯生育酚在植物中的功能，阐明种子寿命的生理与遗传机制奠定理论基础，对于调控农作物种子的贮藏具有实际的指导意义。

种子寿命是生态学和农业上具有双重意义的一个重要性状。种子在贮藏过程中常常出现种子老化的现象。活性氧的积累与脂质过氧化是引起种子老化的重要原因。种子在进化过程中形成了一整套保护、解毒、修复的机制。然而种子中的含水量很低，水溶性抗氧化酶系恐难以发挥作用。本研究利用RNA干扰手段，对重要的脂溶性抗氧化剂生育酚、三烯生育酚合成过程中的关键酶HPT、TC、HGGT进行敲减，通过基因表达分析和生育酚、三烯生育酚含量分析获得水稻RNA干扰植株各数株，再通过自交纯化、多代筛选获得稳定纯合的株系。分析了水稻种子中生育酚、三烯生育酚含量的空间分布规律。水稻种子中含有高含量的α-生育酚，中等含量的α-、γ-三烯生育酚，较低的γ-生育酚。胚中主要含有生育酚，种皮中主要含有三烯生育酚，胚乳中则两者均有。利用人工老化的方法研究了三种干扰株系和野生型种子的寿命，发现生育酚、三烯生育酚分别或同时缺失均显著影响到种子的寿命及种子老化后畸形苗的比例。畸形苗主要有胚芽鞘不伸长、呈透明的玻璃状、顶端坏死、无根、不能成苗等表型。这种影响均以三烯生育酚干扰株的影响最大，说明种皮中三烯生育酚缺乏对种子的寿命作用最大。生育酚、三烯生育酚对种子寿命的影响并不与脂质过氧化有关，而是与葡萄糖含量、蛋白糖基化程度有关，显示出淀粉类种子中糖水解产生的还原糖可能是种子老化最初的原初反应。外源施加NO(施普钠)和使用NO合成抑制剂能显著降低到生育酚、三烯生育酚干扰株系种子的寿命，证明生育酚、三烯生育酚可能对种子作用的影响与NO信号相关。利用基因芯片分析了三种突变体衰老过程中与生育酚、三烯生育酚相关的差异表达基因，发现，三烯生育酚的缺乏对种子衰老过程中差异表达基因的影响最多，与表型结果基本一致。同时分析了生育酚、三烯生育酚的缺乏可能影响到的不同代谢途径。此外，本研究还对进行了γ-生育酚甲基转移酶的遗传转化、生育酚在叶片强光逆境中的作用进行了研究。项目完成过程中，共培养硕士生4名、博士生2名，已发表论文4篇(其中核心期刊2篇，SCI期刊2篇)，已投稿SCI期刊论文1篇，正在整理的论文1篇(SCI期刊)，超额完成预期指标。