谷胱甘肽参与硫化氢诱导植物侧根发生的分子机制开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

陆生植物的根系负责固定植物基部并为其提供矿物质与水分，而上述功能主要取决于植物的根系结构。在植物的根系结构中，侧根(lateral root，lr)不仅是重要的农艺学性状，它的发生也对植物的生命至关重要^[1]。植物侧根的发生能提高植物在非生物胁迫下的生存能力，在现今全球气候变化、土壤退化的背景下，帮助植物应对各种逆境十分关键，因此研究植物侧根的发生机制具有一定的研究意义。

现有研究发现，硫化氢(h₂s)作为一种类似于一氧化氮(no)、一氧化碳(co)的新气体信号分子存在于动植物以及人体中并发挥作用^[2]。在人体及其他许多哺乳动物体内，h₂s可以帮助血管扩张^[3]，也同样能舒缓动脉^[4]；而在植物中，h₂s的植物生理学作用主要为影响植物气孔运动和缓解胁迫。越来越多的研究表明，h₂s作为一个新型气体信号分子参与了植物多种生长发育过程，已有研究发现h₂s参与了甘薯、旱柳、黄瓜等多种植物的根组织生长^[5-7]。而在随后的相关实验研究中发现h₂s可能参与番茄幼苗中生长素诱导的侧根形成^[8],最终证明了其在番茄lr发育调节中的作用。

谷胱甘肽(gsh)是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合的，含有巯基的三肽，它的合成主要是通过gsh1、gsh2两个合成基因调控的，其中gsh1调控γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶，gsh2调控谷胱甘肽合成酶^[9]，这两种酶都是谷胱甘肽合成过程中的关键酶。首先，谷氨酸盐提供羧基，半胱氨酸提供氨基，二者在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的作用下形成谷氨酰半胱氨酸，这一步也是gsh合成的限速步骤；接着谷氨酰半胱氨酸通过谷胱甘肽合成酶的作用与甘氨酸反应，最终合成gsh^[10,11]。gsh在人体、动植物中广泛存在，它能帮助人体免疫系统保持正常功能，并具有抗氧化作用和整合解毒作用。而在植物细胞中，内源性gsh不仅可以作为抗氧化和氧化还原信号^[10,12]，还起着调控植物生长发育的重要作用，影响植物根系结构，诱导植物侧根发生^[13]，并且影响植物的胁迫耐受性，例如，相对于野生型，gsh缺陷型拟南芥突变体表现出较低水平的根密度^[14]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

旨在研究gsh和h₂s在介导番茄幼苗侧根发生过程中的相互关系以及gsh参与h₂s诱导番茄幼苗侧根发生的分子机制。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

①1.文献调研

②2.实验研究法：药理学实验、解剖学实验、遗传学实验、分子生物学实验等

4. 研究创新点

1. 本实验采用比色法和激光共聚焦测定番茄幼苗侧根中H₂S、GSH的含量，所得数据更加准确直接，更易于通过番茄幼苗侧根中二者的含量变化，而直观地发现在调控番茄幼苗侧根发生过程中H₂S和GSH的上下游关系；

2. 本实验采用qRT-PCR技术发现H₂S、GSH诱导番茄幼苗侧根发生过程中对相关的细胞周期等关键基因的调控，从而在分子水平上探究GSH参与H₂S诱导番茄幼苗侧根发生的机制。

5. 研究计划与进展

2018年8月——2018年11月：熟悉相关实验操作，查阅文献，拟定实验计划。

2018年11月——2019年1月：进行预实验，筛选相关溶液的最适处理浓度。

2019年2月——2019年4月：对番茄幼苗进行药理学、解剖学、遗传学、分子生物学多个层次的实验研究，得到并记录相关数据。