指導教授：葉開溫臺灣大學：植物科學研究所謝家綺Hsieh, Chia-ChiChia-ChiHsieh2014-11-282018-07-062014-11-282018-07-062013http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/262846文心蘭生長過程中是如何決定走向營養生長或生殖生長之機制至今仍不明瞭。前人研究指出，在高溫 (30℃) 狀態下能促進文心蘭細胞質中之維他命C過氧化酶 (Oncidium cytosolic ascorbate peroxidase 1，OgcytAPX1) 將維他命C (ascorbic acid, AsA) 氧化，而降低維他命C之氧化還原比例 (還原態/氧化態)，促使文心蘭南西品系 (Oncidium Gower Ramsey) 提早開花。然而維他命C除了作為植物體最主要之抗氧化物及參與荷爾蒙生合成之輔酶等功能之外，目前並無研究報導指出其是否有確切之目標蛋白以及其是否能調控轉錄因子。為了瞭解維他命C氧化還原變化之訊息是如何傳遞至開花路徑，本研究發現，另一抗氧化物穀胱甘肽 (glutathione, GSH) 能將維他命C氧化還原比例變化之訊息傳遞至開花路徑，並且是藉由維他命C -穀胱甘肽循環 (AsA-GSH cycle) 路徑所致。藉由分析阿拉伯芥大量表現OgcytAPX1之轉殖株及其突變株，於高溫誘導下，間接探討維他命C與穀胱甘肽之上下游關係；結果顯示大量表現文心蘭細胞質維他命C過氧化酶之轉殖株，其穀胱甘肽含量及穀胱甘肽氧化還原比例會隨高溫處裡時間增加而顯著的降低，此表示OgcytAPX1能影響維他命C氧化還原比例進而影響穀胱甘肽氧化還原比例。利用生理生化分析測定穀胱甘肽氧化態與還原態，結果顯示，穀胱甘肽氧化還原比例於文心蘭開花時期會顯著的降低至一門檻值。進一步測定影響穀胱甘肽氧化態及還原態之相關基因之表現量以及其酵素活性，顯示榖胱甘肽生合成基因以及穀胱甘肽還原酶基因皆可在長時間高溫誘導下顯著的降低表現，使得氧化還原態比例降低。此結果說明穀胱甘肽氧化還原態比例與文心蘭開花誘導之機制有關。藉由外加處裡穀胱甘肽生合成抑制劑 (BSO) 於文心蘭，可發現文心蘭具有提早開花之表現型，並且分析文心蘭開花相關基因表現，GIGANTEA (GI), FLOWERING LOCUS T (FT), LEAFY (LFY), 及 APETALA 1 (AP1)，均可於處裡BSO及GSSG (氧化態之GSH) 之後有顯著提高表現，更加證明穀胱甘肽氧化還原態確實能夠影響文心蘭開花。總結上述結果，穀胱甘肽氧化還原態能將上游維他命C氧化還原之訊息傳遞至下游開花路徑，並且可能透過GI影響文心蘭開花路徑。The mechanism of how the phase transition from vegetative to bolting stage in Oncidium is still not distinctive. Previous studies have shown that high temperature-induced flowering is regulated by Oncidium cytosolic ascorbate peroxidase 1 (OgcytAPX1) through mediating the redox state of ascorbate (AsA). However, there were no reports on the regulating proteins interacting with AsA in the flowering process. Here, we demonstrate that the effect of AsA redox state underlying flowering induction of Oncidium was correlated with glutathione (GSH) redox state, and this signal transduction is transduced via AsA-GSH cycle. By analyzing over-expression of OgcytAPX1 in Arabidopsis, and Arabidopsis mutant lines, apx1-1, to realize the relationship in redox homeostasis between AsA and GSH under high-temperature. This result indicate that the redox changes in GSH is closely related with AsA redox state, and further to induce flowering. Biochemical assays of the GSH levels, and GSH redox ratio, revealing that the decrease of GSH redox ratio was associated with bolting stage and high-temperature induced flowering. Analysis of transcripts level and enzymatic activity revealed that the GSH biosynthesis enzyme (γ-glutamylcysteine synthetase, GSH1 ; glutathione synthetase, GSH2) and glutathione reductase (GR1), the GSH-redox related enzyme, were decrease during bolting stage and after the high-temperature stress condition. To reconfirm the influence of GSH redox ratio in bolting, we applied glutathione biosynthesis inhibitor, buthionine sulphoximine (BSO), and GSSG (the oxidized form of GSH) in Oncidium. The results demonstrate that GSH redox ratio could strongly influence bolting. Moreover, analysis on the expression profiling of floral genes also demonstrating that GIGANTEA (GI), FLOWERING LOCUS T (FT), LEAFY (LFY), and APETALA 1 (AP1) are highly induced in these treatment, suggesting that GSH redox ratio plays the crucial role on flowering induction in Oncidium.目錄 口試委員會審定書 i 致謝 ii 中文摘要 iii Abstract iv 目錄 v 圖表目錄 vii 附錄目錄 viii 第一章 前言 1 第一節 文心蘭概述 1 第二節 非生物性逆境誘導之開花生理 6 第三節 植物之維他命C-穀胱甘肽循環 (AsA-GSH cycle) 10 第四節 研究目的 16 第二章 材料與方法 18 一、實驗材料 18 二、實驗方法 18 第一節 文心蘭與阿拉伯芥高溫處理 18 第二節 文心蘭之穀胱甘肽還原態 (GSH)、穀胱甘肽氧化 (GSSG)、穀胱甘肽 合成酶抑制劑 (BSO) 及過氧化氫 (H2O2) 處理 19 第三節 文心蘭與阿拉伯芥穀胱甘肽 (GSH) 含量測定 20 第四節 文心蘭維他命C (AsA) 含量測定 21 第五節 酵素活性測定 22 第六節 基因表現量測定 26 第三章 結果 31 第一節 文心蘭中維他命C與穀胱甘肽之關係 31 第二節 文心蘭維他命C與穀胱甘肽之訊息傳遞關係 32 第三節 藉由外加試驗證明文心蘭維他命C與穀胱甘肽之訊息傳遞之關係 33 第四節 穀胱甘肽氧化還原比例在文心蘭不同生育階段的表現情形 34 第五節 影響穀胱甘肽氧化還原比例之相關基因在文心蘭不同生育階段的表現 情形 34 第六節 影響穀胱甘肽氧化還原比例之相關基因在高溫下於文心蘭中的表現情 形 35 第七節 影響穀胱甘肽氧化還原比例之DHAR及GR在不同生長階段與高溫下 於文心蘭中的酵素活性 37 第八節 外加穀胱甘肽相關藥劑對文心蘭開花之影響 38 第九節 GIGANTEA基因之釣取 43 第四章 討論 44 第一節 文心蘭中維他命C與穀胱甘肽之關係 44 第二節 文心蘭維他命C與穀胱甘肽之訊息傳遞關係 45 第三節 藉由外加試驗證明文心蘭維他命C與穀胱甘肽之訊息傳遞關係 46 第四節 穀胱甘肽氧化還原比例在文心蘭不同生育階段的表現情形 47 第五節 影響穀胱甘肽氧化還原比例之相關基因及酵素活性在文心蘭不同生育 階段的表現情形 48 第六節 影響穀胱甘肽氧化還原比例之相關基因及酵素活性在高溫下於文心蘭 中的表現情形 49 第七節 外加穀胱甘肽相關藥劑對文心蘭開花之影響 51 第八節 處理BSO以及GSSG藥劑對GIGANTEA基因之表現量 54 第九節 未來展望 55 參考文獻 56   圖表目錄 圖一、溫度處理對文心蘭假球莖之維他命C與穀胱甘肽之影響 70 圖二、OgcytAPX1-OE (大量表現OgcytAPX1之阿拉伯芥轉植株) 與apx (AtcytAPX1突 變株) 在高溫環境下之穀胱甘肽變化 71 圖三、穀胱甘肽氧化還原態在不同生長階段之假球莖含量變化情形 72 圖四、文心蘭於不同生長階段之假球莖中穀胱甘肽相關基因表現以及酵素活性之變化 情形 73 圖五、高溫下，文心蘭假球莖中穀胱甘肽相關基因表現及酵素活性變化情形 74 圖六、外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑對文心蘭開花之影響 75 圖七、外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑對文心蘭開花品質之影響 76 圖八、偵測外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑之文心蘭假球莖穀胱甘肽氧化還原變化 77 圖九、噴灑穀胱甘肽相關藥劑之文心蘭假球莖中穀胱甘肽相關基因表現以及酵素活性 變化之情形 78 圖十、外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑對還原態以及氧化態維他命C之影響 79 圖十一、噴灑穀胱甘肽相關藥劑之文心蘭假球莖中對APX1基因表現之影響情形 80 圖十二、偵測外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑之文心蘭假球莖開花基因表現情形 81 圖十三、偵測外加噴灑穀胱甘肽相關藥劑之文心蘭花芽開花基因表現情形 82 圖十四、文心蘭GI與朵麗蝶蘭 (DoGI)、水稻 (OsGI) 以及阿拉伯芥 (AtGI)之胺基酸 編碼序列比對 84 圖十五、文心蘭GIGANTEA (GI) 與各類物種之GI親緣演化分析 85 圖十六、維他命C-穀胱甘肽循環參與之文心蘭高溫誘導開花機制之假說模型 86 表一、噴灑不同藥劑對文心蘭之開花百分比之影響 87 表二、不同藥劑處理後對花卉品質之影響 88   附錄目錄 附錄一、文心蘭Gower Ramsey 品系親緣圖譜 89 附錄二、文心蘭Gower Ramsey 生活史 90 附錄三、文心蘭Gower Ramsey各組織名稱示意圖 91 附錄四、穀胱甘肽 (GSH) 生合成路徑示意圖 92 附錄五、維他命C-穀胱甘肽循環 (AsA-GSH cycle) 示意圖 93 附錄六、阿拉伯芥OgcytAPX1轉植株與apx突變株於高溫環境下之開花情形 94 附表一、植物體中主要之抗氧化酵素。 94 附表二、引子序列 96 附表三、檢索表 987083677 bytesapplication/pdf論文公開時間：2015/07/29論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)維他命Ｃ-穀胱甘肽循環穀胱甘肽氧化還原比例開花高溫文心蘭thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/262846/1/ntu-102-R01b42010-1.pdf