CAT调控水稻叶片光呼吸过程中抗氧化系统的机理研究

过氧化氢酶是生物体内主要的抗氧化酶之一,在过氧化物酶体中催化光呼吸产生的H202分解生成O2和H2O。在水稻中,已知有三种同工酶：CATA, CATB, CATC。本实验从水稻cDNA中扩增出OsCATA基因全长CDS,构建了过表达载体和干扰载体,转化水稻,获得了转干扰载体阳性植株,收获阳性植株种子,用不同气体处理,检测抗氧化酶活性和抗氧化物质含量,以及光呼吸的变化。主要结果如下： 1、从粳稻品种日本晴叶片中克隆了OsCATA基因全长CDS序列,测序结果表明,OsCATA基因全长CDS为1488bp,包含了全部的外显子序列,与NCBI数据库中的序列同源性为100%。 2、构建了带有GUS和潮霉素基因的水稻OsCATA基因的过表达载体,干扰载体,并通过农杆菌介导法转化水稻,通过GUS组织化学活性检测以及总DNAPCR检测鉴定,筛选出转干扰载体阳性植株和转空载体阳性植株。 3、定量PCR结果表明,转干扰载体水稻,CATA基因表达为对照的36.8%; western blot结果表明转干扰载体水稻CAT蛋白合成减少,基本没有检测出；酶活结果表明,转干扰载体水稻CAT活性为对照的0.85%,与western blot结果相近。 4、不同气体处理之间结果表明,与不处理相比,转空载体水稻在高CO2处理下,CAT, POD, GPX, GR活性下降；在低02处理下,CAT, POD, GPX, GR, SOD, APX活性增加；在高02处理下,CAT, POD, GPX, GR, SOD, APX活性增加；三种气体处理2周后,Rubisco加氧活性均略有下降。 5、不同转基因材料之间结果表明,与转空载体水稻相比,转干扰载体水稻在高C02处理下,APX, POD, GPX活性略有增加,CAT活性为对照的1.44%；在低02处理下,APX, GPX活性显著增加,POD, GR活性增加,CAT活性为对照的0.92%,SOD活性显著下降；H2O2含量,DHA与GSSG含量显著增加,ASC含量增加,MDA含量显著增加；在高O2处理下,APX, POD, GPX, GR活性显著增加,CAT活性为对照的1.6%(对照是不处理的2.12倍),SOD活性显著下降；H202含量,ASC与GSSG含量显著增加,DHA和GSH含量增加,MDA含量显著增加；三种气体处理2周后,CATA基因表达下降,CATB, CATC表达增加；光合,光呼吸未出现显著变化。 综上所述,转干扰载体水稻CAT活性显著下降；在不同气体处理下,转干扰载体水稻表现出更强的氧化损伤,且这种损伤可能受光呼吸影响不大。