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二氯喹啉酸为生长激素型除草剂,可干扰植物生长激素途径,引起植物乙烯释放和氰化物产生,从而导致植物死亡。目前已知抗二氯喹啉酸西来稗在二氯喹啉酸处理后仅产生少量乙烯和氰氛化物,可能是其抗药性机理。然而,关于二氯喹啉酸如何影响西来稗生长激素途径仍未有研究报道。因此,本研究以抗二氯喹啉酸西来稗(Echinochloa crus-galli var.zelayensis)为对象,研究了抗性和敏感生物型个体的生长激素转运的影响。比较了二氯喹啉酸对两种生物型根系发育和生长素分布的影响,对生长素转运蛋白ABCB1、ABCB4和ABCB19的序列进行了分析,并比较二氯喹对生长素转运载体蛋白基因表达的影响,提出了抗性及敏感西来稗生长激素转运的差异可能与西来稗对二氯喹啉酸的抗药性有关。利用培养皿生测法,研究了生长激素极性转运抑制剂NPA(萘基邻氨甲酰苯甲酸,1-Naphthylphthalamic acid)和二氯喹啉酸对抗性及敏感西来稗幼苗根系发育的影响。结果表明,二氯喹啉酸可强烈抑制敏感种群根系发育,不同浓度二氯喹啉酸处理下主根长度、侧根数目、侧根密度和植株鲜重均显著小于清水对照,且随着浓度的升高,抑制作用增强。而在抗性种群中,二氯喹啉酸处理对主根延长、侧根发生和植株鲜重抑制作用小于对敏感西来稗。这与NPA对西来稗幼苗根系具有相同的抑制表型,表明二氯喹啉酸可能与NPA具有相同的作用方式,即可通过影响西来稗生长激素的极性转运而抑制西来稗根系发育。研究了二氯喹啉酸对抗性及敏感西来稗体内生长激素分布的影响。采用酶联免疫试剂盒,测定了二氯喹啉酸处理后抗性及敏感西来稗体内不同部分的生长素含量的变化情况。结果表明,50μM二氯喹啉酸处理12h后,敏感西来稗根尖部分和地上部分生长素含量显著上升,分别达到处理前的4.12倍和3.29倍,而上部根组织生长素含量没有显著变化。而在抗性种群中,根尖组织内生长素含量显著升高,但其升高幅度明显小于敏感种群,且地上部分和上部根组织中则显著低于药剂处理前。生长素转运抑制剂NPA处理下,同样可引起敏感西来稗根尖部位和地上部分生长素含量的上升,而抗性种群上升幅度显著小于敏感种群。由此可以推测,二氯喹啉酸与NPA具有类似的抑制生长激素极性运输的功能,从而导致西来稗体内生长激素分布的变化。而抗性西来稗生长激素分布受到的影响显著小于敏感型,表明生长激素转运途径的差异可能与其对二氯喹啉酸抗性有关。NPA可特异性的抑制植物体内参与生长素极性转运的ABCB转运蛋白。因此,通过PCR克隆得到了最常见的3个编码不同ABCB转运蛋白(ABCB1,ABCB4和ABCB19)的基因片段,在NCBI进行序列比对同时与水稻、拟南芥及其它植物中ABCB转运载体基因进行比对和进化分析,确定其为西来稗生长素运输载体基因,并分别命名为EcABCB1、EcABCB4和EcABCB19。在对上述三个载体蛋白序列进行分析时发现,与水稻OsABCB和拟南芥AtABCB类似,包含多个ABC跨膜运输功能结构域。在进行蛋白质亚细胞定位时发现其定位与OsABCB和AtABCB类似,均定位于质膜上。根据OsABCB和AtABCB表达谱,推断EcABCB1可能是定位于根尖细胞负责生长素输出的载体,EcABCB4可能是定位于根尖细胞负责生长素输入的载体,而EcABCB19则可能参与地上部分生长素的向基部运输。采用RT-PCR研究了二氯喹啉酸对EcABCB1、EcABCB4和EcABCB19表达情况的影响。结果表明,在50 μ M二氯喹啉酸处理下,敏感生物型根尖生长素输入载体ABCB4基因表达量显著上升,根尖生长素输出载体ABCB1基因表达量显著下降。而在抗性生物型中,根部ABCBJ基因表达量在处理后6小时显著升高至未用药时的2.85倍,之后逐渐下降,但仍显著高于用药前;根部ABCB4基因表达量在药剂处理6小时后显著上升,但上升幅度显著低于敏感生物型,之后逐步下降至与药前相似水平;ABCB19基因表达量在要有6小时显著升高,之后逐步下降,但表达量仍显著高于敏感生物型。综上所述,二氯喹啉酸处理后,二氯喹啉酸敏感西来稗生物型体内根尖生长激素输入型蛋白ABCB4基因表达量显著上升,根尖生长激素输出型蛋白ABCB1基因表达量显著下降,根部生长激素向基性输导蛋白ABCB19表达量显著下降,导致根部生长激素向根尖积累,破坏了根部生长激素的正常浓度梯度,从而表现出西来稗根系生长发育受到抑制;而地上部生长激素向基性输导蛋白ABCB19表达量显著性下降,地上部生长激素显著升高,表明二氯喹啉酸干扰了西来稗地上部生长激素的向基性输导,可能引起了叶片中生长激素浓度的升高,诱导了乙烯释放,最终导致植物的死亡。而在抗二氯喹啉酸西来稗生物型中,二氯喹啉酸处理后根尖ABCB1基因表达显著升高,ABCB4基因表达量变化幅度显著低于敏感生物型,根尖生长激素浓度显著低于敏感生物型,对根部生长激素浓度梯度的影响较小,从而使得根系可以正常生长发育;而地上部ABCB19基因的表达基本不受二氯喹啉酸处理影响,且地上部生长激素含量变化也明显小于敏感种群,表明在地上部中生长激素的向基性输导所受影响较小,生长激素浓度可保持稳定,从而产生较少的乙烯,植物保持正常生长。