CO通过NO调控干旱胁迫下水稻种子萌发过程细胞程序性死亡的发生

干旱一直是世界农业生产的主要威胁，对水稻种子的萌发造成极大的危害，因此，研究CO调控干旱胁迫下水稻种子萌发的途径具有重要的意义。CO既是一种有毒气体，也是一种重要的信号分子，其生物效应往往通过NO和cGMP信号介导。本项目通过CO和NO供体、清除剂、酶合成抑制剂及cGMP合成的促进剂和抑制剂进行单因子、双因子、多因子结合处理干旱胁迫的水稻种子，借助细胞生物学、解剖学、生物化学和分子生物学实验手段以及激光扫描共聚焦显微技术，研究水稻种子萌发过程中的生活力、贮藏物质含量、淀粉酶活性、抗氧化代谢、HO-1活性和转录水平等变化及NO在胚乳中的定位，探讨CO通过NO、cGMP调控萌发水稻种子细胞程序性死亡的发生，为进一步研究CO调控逆境下水稻种子萌发过程所涉及的信号转导途径奠定基础，也为阐明水稻种子抗旱机制及制定水稻种子抗旱措施提供理论依据。

水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的禾谷类作物之一，干旱缺水给水稻种子的萌发、生长发育、结籽造成了严重危害。目前有关植物抗旱性的研究多集中在单一信号分子及其调控作用方面，对植物抗旱性的复合效应和多因子协同的综合调控效应研究较少，而且研究中也极少涉及禾谷类种子萌发过程糊粉层细胞程序性死亡这一关键性事件，因此，仍无法对干旱下水稻种子的萌发机理作出比较全面的诠释。本研究以水稻品种‘Ⅱ优128’种子为材料，通过药理学、解剖学、细胞生物学、生物化学和分子生物学等实验手段结合染色方法及显微技术，研究外源CO和NO对干旱胁迫下水稻种子萌发过程抗氧化能力的影响及调控萌发水稻种子糊粉层细胞PCD的发生。研究结果表明：（ⅰ）CO和NO通过提高水稻种子的抗氧化代谢能力，有效地缓解干旱胁迫对萌发水稻种子造成的氧化伤害，促进种子萌发；（ⅱ）糊粉层细胞PCD的发生与其液泡化程度紧密联系，并且与胚的生长及距离有明显的时间效应和位置效应，液泡化的最终形态也有所差异；（ⅲ）干旱胁迫下，CO合成酶抑制剂及清除剂和NO专一性清除剂则有效逆转CO和NO的效应；外源CO、NO供体可以降低DNA的降解速率，提高细胞的存活率，延迟糊粉层细胞PCD的发生；（ⅳ）CO作用于NO的上游，通过NO的介导参与干旱胁迫下水稻种子的萌发；（ⅴ）干旱胁迫下，HO-1通过表达量及酶活增加有效地延缓GA诱导的水稻种子糊粉层细胞PCD的发生；（ⅵ）确定H2O2与HO-1在调控水稻种子糊粉层PCD中的协同作用，并初步推测cGMP、H2O2、淀粉酶三者在CO介导NO调控水稻种子糊粉层PCD发生的可能顺序关系。本项目的研究结果为认识CO、NO促进干旱胁迫下水稻种子萌发的生理机制，进一步研究抗旱分子机理奠定了基础，也为探索提高种子活力的途径和开发抗旱保水剂提供参考。