一氧化碳(CO)是动物体内的一种内源性气体信号分子,调节动物中许多生理过程。但CO是否调节植物中的生理和胁迫反应则研究较少。本文研究了外源CO气体对缺铁条件下拟南芥铁营养的调控作用。用50μM的CO气体溶液处理缺铁条件下的拟南芥,发现CO逆转了拟南芥叶片缺铁失绿现象并显著增加叶绿素的含量。上述CO的作用具有浓度依赖性,50μM的CO气体溶液对叶绿素的影响最显著。50μM的外源CO气体溶液也可以逆转单子叶植物玉米的缺铁失绿现象。进一步分析表明,50μM的CO气体溶液提高了缺铁条件下拟南芥根系铁吸收相关基因FIT1、FR02和IRT1等的转录水平。此外CO不仅提高了FR02的转录水平表达,还可以提高根系三价铁螯合还原酶的活性,这说明CO处理根系后,使根系还原Fe(Ⅲ)为Fe(Ⅱ)的能力增强,这有利于植物吸收铁。另外,CO还显著改变了根系形态,促进根毛的产生。对拟南芥根系和地上部铁含量的测定结果表明,50μM的CO气体溶液提高了缺铁下拟南芥根和地上部铁的吸收和积累。血红素加氧酶1(HO1)分解血红素(heme)可以产生内源性的CO。缺铁诱导拟南芥根系和叶片中HO1基因的表达,说明内源CO可能参与拟南芥缺铁响应过程。为了进一步研究HO1基因或内源CO在植物铁营养中的可能作用,我们在实验中选用了拟南芥hy1和hy2突变体。拟南芥hy1突变体中HO1基因被突变,内源CO产生受到影响；hy2突变体中HO1基因非缺失,内源CO产生受到的影响较小。50μM的CO气体溶液能逆转拟南芥hy2突变体的缺铁失绿现象,并增加了其叶绿素的含量,但不能逆转hy1突变体的缺铁失绿现象。上述结果表明HO1基因或内源CO参与了外源CO缓解拟南芥缺铁的作用中。为了研究外源CO在植物铁吸收机制改变时逆转植物缺铁的能力,我们用50μM的CO气体溶液处理了玉米ysl和ys3突变体。结果发现CO完全可以逆转玉米铁吸收缺陷突变体ysl和ys3的间隔失绿表型,并显著增加叶绿素的含量。为了研究植物内源NO在外源CO缓解缺铁中的作用,我们采用DAF-2DA荧光染料检测了不同处理下拟南芥根系中NO的产生情况。50μM的CO气体溶液促进了根系内源NO的产生和根毛的发育；在CO处理的同时用内源NO特异性清除剂cPTIO处理根系,则上述50μM的CO气体溶液的作用被抑制。这个结果说明外源CO逆转植物缺铁作用可能需要内源NO的参与。此外,我们也利用拟南芥hy1和hy2突变体研究了内源CO在外源NO缓解缺铁中的作用,我们发现NO的供体SNP(5μM)可以逆转缺铁条件下拟南芥hy2突变体的缺铁失绿现象,并增加其叶绿素的含量,但不能逆转hy1突变体的缺铁失绿现象。上述结果表明,植物HO1基因或内源CO在外源NO缓解拟南芥缺铁的过程中起作用。MicroRNAs (miRNAs)是一类新发现的内源非编码的小分子RNAs,它以碱基互补配对方式作用于它的靶基因,使其mRNA降解或者抑制mRNA的翻译。最近的研究表明,miRNAs可以参与植物对硫营养、磷营养、氮营养和铜营养缺乏的调控。但是miRNAs是否参与植物对铁营养缺乏的调控尚未见报道。本文研究了拟南芥miRNAs对缺铁胁迫的响应,并且在它们的启动子区鉴定出IDE1/IDE2(Iron-Deficiency-responsive cis-Element1和2)元件。我们首先构建了缺铁条件下拟南芥幼苗的small RNAs文库,鉴别出属于5个家族的8个miRNAs基因,它们在缺铁条件下表达量均不同程度地上调。为了鉴别出更多响应缺铁的miRNAs,我们分析了拟南芥所有已知的187个miRNAs基因的启动子区,发现有24个miRNAs基因的启动子区含有IDE1/IDE2-Like元件。用RT-PCR方法研究了这些miRNAs基因前体的表达谱,其中17个miRNAs基因在缺铁条件下表达量增加。本文建立了一个分析miRNA基因上游启动子区是否具有IDE1/IDE2元件的方法。从结果看,这个方法是有效的,因此采用此方法也可以搜索和鉴定响应其他非生物胁迫的miRNAs.本研究将有助于我们了解miRNAs基因上游启动子区缺铁响应的顺式元件的作用,为充分利用miRNAs基因来提高植物应对缺铁胁迫的能力提供理论基础。