全 文 ：
第 38卷第 4期 湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.38 No.4
2012 年 8 月 Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Aug．2012

DOI:10.3724/SP.J.1238.2012.00377
拟南芥组蛋白甲基化 SDG26 基因突变体抗旱生理生化研究
马惠 1,2，刘博宇 1，阮颖 1,2*，刘春林 2
(1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.作物种质创新和资源利用国家重点实验室培育基地，
湖南 长沙 410128)
摘 要：对拟南芥 SDG26 基因功能缺失突变体 sdg26 植株和对照野生型 Col 植株在干旱条件下的 SOD 活性和
MDA、可溶性糖、脯氨酸含量进行测定。结果显示：随着干旱时间(5、8、11、14、17、20 d)持续，sdg26植株中
的 SOD活性和MDA、可溶性糖、脯氨酸含量都表现出明显提高的趋势，上升水平显著高于对照野生型 Col植株；
在持续干旱 20 d条件下，Col植株的叶片逐渐失水干枯及至死亡，但 sdg26植株能正常生长，表现出良好的生长
势，推测 SDG26 基因功能的丧失可以增强拟南芥的抗旱能力，说明植物的抗旱能力与组蛋白的甲基化修饰密切
相关。
关 键 词：拟南芥；sdg26；干旱胁迫；生理生化指标
中图分类号：Q945.78 文献标志码：A 文章编号：10071032(2012)04037704

Physiological and biochemical studies on Arabidopsis mutant
with the loss of SDG26 gene function under drought stress
MA Hui1,2, LIU Bo-yu1, RUAN Ying1,2*,LIU Chun-lin2
(1.College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural Univesity, Changsha 410128, China; 2. Pre-State Key
Laboratory for Germplasm Innovation and Resource Utilization of Crop, Changsha 410128, China)

Abstract: SOD, MDA and the content of soluble sugar and proline in Arabidopsis mutant plant sdg26 and wild-type
plant Col under drought condition were investigated. The results showed that SOD, MDA, the content of soluble sugar
and proline increased with increasing period of drought stress (5, 8, 11, 14, 17, 20 d), the increases were significantly
greater in mutant plant sdg26 than those in wild type plant Col. In addition, water in leaves of wild-type plant Col
gradually evaporated until death but mutant plant sdg26 still grew well after 20 days of drought stress. These results
suggested that mutant plant sdg26 enhanced drought tolerance because of the loss of SDG26 gene function, which also
indicated that histone methylation played an important role in drought stress tolerance in plants.
Key words: Arabidopsis thaliana; sdg26; drought stress; physiological and biochemical indexes


收稿日期：20120301
基金项目：国家自然科学基金项目(31071129)
作者简介：马惠(1986 —)，女，湖南常德人，硕士研究生，主要从事植物分子生物学研究，supersay123@sina.com；*通信作者，yingruan
@hotmail.com
植物的发育周期和抗逆性密切相关[1]。植物在
生长周期延长的同时，其抗逆性也有明显的提高，
如在拟南芥中发现的CS188、gigantea (gi-3)等突变
体表现出晚花现象，同时也具有较强的抗氧化胁迫
能力[2]。植物表观遗传修饰(特别是甲基化修饰)与
植物的抗逆性密切相关，Tsuji等[3]研究水稻对水分
环境改变与组蛋白修饰之间的关系时发现，其胁迫
应答相关基因会产生动态的、可逆的 H3 组蛋白
Lys4 残基甲基化和 H3 组蛋白乙酰化。SDG26 (set
domain group26) 是组蛋白甲基转移酶的同系物，参


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与组蛋白的甲基化修饰；sdg26则是SDG26基因功能
缺失的晚花突变体，且SDG26基因编码的蛋白具有
组蛋白甲基转移酶活性，Lin Xu等[4]的研究表明，
SDG26基因与H3Lys36处发生的甲基化有很大关
系。SDG26与SDG8具有高度同源性。有研究[5]显示，
SDG8基因的功能缺失降低了拟南芥的抗性。
笔者观察发现，sdg26 植株除了具有明显的晚
花现象和生长周期延长外，在表型上也有较大的变
化。与野生型拟南芥相比，表现出莲座叶数量增多，
叶片肥大，植株茎秆粗壮且分枝繁茂等特征。笔者
继续研究在干旱胁迫下，sdg26植株的 SOD活性和
MDA、可溶性糖、脯氨酸含量等的变化，以探求组
蛋白甲基化修饰和植物抗旱能力的相关性。
1 材料和方法
1.1 材 料
拟南芥哥伦比亚野生型 Col和 sdg26种子由湖
南农业大学植物发育与表观遗传调控实验室提供。
1.2 方 法
将拟南芥种子消毒后，播种于盛有蛭石的生长
钵中，置于 4 ℃冰箱中春化，2 d后在生长培养室
中培养(温度 22～24 ℃，相对湿度为 60%～70%，
16 h光照，8 h黑暗)。在苗期和营养生长前中期，
保持充足的水分和营养供应。待植株长至 10～11
片莲座叶(未抽薹)时，挑选长势一致的野生型和
sdg26 植株，分为 2 组：对照组正常供水，处理组
则停止浇水。从停止供水后的第 5天开始，每隔 3 d
采集对照和处理的莲座叶样品，测定叶片含水量、
植株超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)、
游离脯氨酸、可溶性糖含量[6]。停止供水 20 d后，
对处理组恢复浇水，进行正常水分管理。重复 3次。
试验数据使用 Excel 2003软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫下 sdg26 植株叶片含水量的变化
图 1 显示，在干旱条件下，sdg26 和 Col 植株
叶片的含水量都随胁迫时间的延长而逐渐降低，在
干旱胁迫前期变化不明显，到第 11 天以后呈较明
显的下降趋势，但 sdg26的下降趋势较缓。这说明
干旱胁迫下 sdg26植株的水分散失速率低，保水功
能好于 Col。
col sdg26

5 8 11 14 17 20
停止供水时间/d
图 1 干旱胁迫下 Col 和 sdg26 的含水量
Fig. 1 Water content of Col and sdg26 mutant plants
in drought stress
2.2 干旱胁迫对sdg26植株超氧化物歧化酶(SOD)
活性的影响
从图 2可以看出，随着干旱胁迫时间的延长，
拟南芥 SOD 活性呈上升趋势。sdg26植株的 SOD
活性均高于 Col。前期的干旱胁迫轻微降低了
sdg26 植株的 SOD 活性，对植株造成轻微伤害，
但中、后期 SOD值持续升高，增强了植株的抗旱
能力。
0
50
100
150
200
250
300
5 8 11 14 17 20
col对照 col处理 sdg26对照 sdg26处理

停止供水时间/d
图 2 干旱胁迫下 Col 和 sdg26 的 SOD 活性
Fig.2 SOD activity of Col and sdg26 plants in
drought conditions
2.3 干旱胁迫对sdg26植株MDA含量的影响
由图 3得知，对照组 MDA含量呈现先降低后
上升的变化趋势，Col 与 sdg26 植株中的 MDA 含
量在干旱开始时持续下降，直到第 11 天同时降低
l sdg26
SO
D
活
性
/(U
·g
1
)
c l c l sdg26 sdg26
叶
片
含
水
量
/%

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0


第 38卷第 4期 马惠等 拟南芥组蛋白甲基化 SDG26基因突变体抗旱生理生化研究 379

达到最低值，此后迅速增加，期间 sdg26的增加量
大于 Col。随干旱胁迫时间的延长，处理组 MDA
含量一直都处于比较稳定的增长状态，而且均超过
对照组。
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
5 8 11 14 17 20
col对照 col处理 sdg26对照 sdg26处理

停止供水时间/d
图 3 干旱胁迫下 Col 和 sdg26 的 MDA 含量
Fig.3 MDA content of Col and sdg26 plant in
drought stress
2.4 干旱胁迫对sdg26植株游离脯氨酸含量的影响
从图 4中看出，受到干旱胁迫后，Col和 sdg26
植株中游离脯氨酸的含量都明显增加，在第 14 天
时 sdg26植株中游离脯氨酸的含量迅速提高，以后
超过 Col，平缓增长。sdg26植株的脯氨酸累积速度
远大于 Col，由此说明突变体植株更能较大程度保
护细胞膜，减轻胁迫的影响。
0
100
200
300
400
500
5 8 11 14 17 20
col对照 col处理 sdg26对照 sdg26处理

停止供水时间/d
图 4 干旱胁迫下 Col 和 sdg26 的游离脯氨酸含量
Fig.4 Proline content of Col and sdg26 plants in
drought stress
2.5 干旱胁迫对 sdg26 植株可溶性糖含量的影响
由图 5可知，与对照组相比，受干旱胁迫的处
理组的可溶性糖含量呈显著上升趋势。在处理组
中，Col 在胁迫前期与对照差异不大，往后开始上
升。而 sdg26 可溶性糖含量在胁迫前期时超过 Col
明显升高，再往后一直逐渐增加。由于植物对干旱
胁迫的应答，植株体内的可溶性糖含量通常会增
加，说明 sdg26植株在感受到环境的变化时能产生
积极应答，迅速积累可溶性糖，提高对干旱胁迫的
耐受性。
0
2
4
6
8
5 8 11 14 17 20
col对照 col处理 sdg26对照 sdg26处理

停止供水时间/d
图 5 干旱胁迫下 Col 和 sdg26 的可溶性糖含量
Fig.5 Soluble sugar content of Col and sdg26 plant
in drought stress
2.6 干旱胁迫对 sdg26 植株形态的影响
当干旱胁迫持续 20 d后，sdg26植株的莲座叶
叶片仍然保持鲜绿，表现出良好的生长势，能正常
生长。而野生型 Col叶片由于严重失水，已经出现
了萎蔫干枯，说明 sdg26植株的保水能力较强，比
Col具有更强的抗旱能力。
3 讨 论
植物能够在一定程度上抵御干旱胁迫的影响，
主要表现在膜系统保护酶、渗透物质和激素等的变
化上[710]，当干旱胁迫至第 14 天时，sdg26 植株
SOD活性明显高于 Col，说明随着干旱程度的加剧，
sdg26植株能大幅度增加 SOD活性来降低伤害，也
说明 sdg26植株抗旱性较强。
当干旱胁迫到第 14天时，sdg26植株中的游离
脯氨酸值开始明显比 Col 高，而可溶性糖在第 11
天比对照高，整体呈上升趋势，这说明在干旱环境
条件下，sdg26 植株中明显增加的渗透物质脯氨酸
和可溶性糖含量提高了植株的抗旱能力。
对照组的MDA值在第 11天达到最低值，处理
组的含量相对较高，表明在干旱胁迫条件下膜系统
确实受到伤害，但是在第 17天时 sdg26植株MDA
M
D
A
含
量
/(μ
m
ol
·g
1
) col col sdg26 sdg26
游
离
脯
氨
酸
含
量
/(μ
g·
g
1 )
c l c l sdg26对照 sdg
可
溶
性
糖
含
量
/(μ
g·
kg
1
) col 照 l sdg26对照 dg26处理


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含量又有所下降，这与同期的 SOD活性增强有关，
植物在受到一定程度的干旱胁迫后，会通过一定的
调节机制缓解胁迫所带来的伤害，使膜脂过氧化相
对得到抑制，MDA 含量降低，植株表现出比较强
的抗旱性。
综合分析，sdg26植株在持续20 d的干旱胁迫
下，并未受到严重损伤，表明sdg26植株在丧失了
SDG26基因的情况下具有了较强的抗干旱胁迫能
力，进一步推测：虽然SDG26基因功能丧失导致晚
花，但是这种突变能提高植物的抗旱能力，即植物
的抗旱能力与组蛋白的甲基化修饰有密切关系。
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责任编辑：罗慧敏