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渗透胁迫启动西瓜悬浮细胞内源信号转导特征研究

【摘要】:西瓜(Citrullus lanatus)是世界重要的经济作物之一,在我国被广泛种植。干旱、盐碱等环境因素均可对植物造成渗透胁迫,渗透胁迫是目前西瓜种植所面临的重要问题之一,其可以影响西瓜的生长发育,降低西瓜的产量以及品质。脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、赤霉素(GA)以及乙烯(ETH)等植物内源激素可作为植物的信号物质参与植物抗逆,然而渗透胁迫下西瓜悬浮细胞内这五种激素信号是否响应以及具体响应特征目前并不明确。甜菜碱、海藻糖、亚精胺、myo-肌醇等均是植物重要的渗透调节物质,它们可以提高植物抗性的研究目前已有不少报道。因此,本研究拟以二倍体西瓜悬浮细胞作为试验试材,以甘露醇(mannitol)模拟渗透胁迫,通过测定渗透胁迫前后脱落酸、乙烯、茉莉酸、水杨酸、赤霉素合成相关酶的基因表达以及激素含量,期明确渗透胁迫启动西瓜细胞内源逆境信号转导特征;探究渗透胁迫对西瓜细胞的影响以及外源添加甜菜碱对细胞的保护作用,同时测定渗透胁迫前后甜菜碱、海藻糖、亚精胺、myo-肌醇合成相关酶的基因表达及含量变化,以筛选抗逆保护剂应用于西瓜抗逆栽培。主要研究结果如下:(1)渗透胁迫下,西瓜悬浮细胞活性氧迸发,细胞外pH显著升高,西瓜细胞鲜重以及细胞生长量明显受到抑制,而对渗透胁迫下的西瓜悬浮细胞施加外源甜菜碱可以一定程度缓解细胞生长所受到的抑制作用,同时可以有效调节西瓜悬浮细胞pH以及ROS的水平。(2)探究渗透胁迫下西瓜悬浮细胞乙烯、茉莉酸、水杨酸、赤霉素以及脱落酸合成酶基因表达量情况以及含量变化,结果如下:(1)乙烯合成酶中,关键酶ACS家族基因在胁迫处理4h后响应程度最高,ACS家族中Cla000483在处理4h后表达量为32.7,同时乙烯含量在0、2、4h处分别为6.63ng/g、9.48ng/g、13.22ng/g。(2)茉莉酸合成酶中,关键酶LOX及AOC家族在胁迫处理4h后响应程度最高,LOX家族Cla019897及AOC家族Cla003512在处理4h后表达量分别为7.15和9.29,茉莉酸含量在0、2、4h处分别为0.42ng/g、1.06ng/g、2.07ng/g。(3)水杨酸合成酶PAL家族基因在胁迫处理2、4h后均上调表达且表达趋势一致,而IC家族基因表达均下调表达。PAL家族中Cla018298、Cla018299、Cla018300及Cla018301响应程度最高。水杨酸含量在0、2、4h处分别为3.55ng/g、4.46ng/g、5.34ng/g。(4)脱落酸合成酶中,关键酶NCED家族在胁迫处理下响应程度最高,且Cla019578与Cla009779在处理2h及4h后表达量分别为11.31和26.41、26.31和18.80,脱落酸含量在0、2、4h处分别为2.42ng/g、4.18ng/g、5.12ng/g。(5)赤霉素合成酶中关键酶GA2ox家族在胁迫处理2h后响应程度最高,其中Cla015162在处理2h后表达量为8.3,赤霉素GA_3含量在0、2、4h处分别为6.42ng/g、4.64ng/g、3.68ng/g。(3)乙烯、茉莉酸、水杨酸、赤霉素以及脱落酸信号转导主要转录因子差异基因统计:经渗透胁迫处理2h西瓜细胞内赤霉素、脱落酸、乙烯、茉莉酸及水杨酸信号转导主要转录因子DELLA、ABF、EIN3、MYC2及TGA差异基因均有上调表达,且经过渗透胁迫处理4h后转录因子差异基因全部上调表达。(4)探究渗透胁迫下西瓜悬浮细胞中甜菜碱、海藻糖、亚精胺以及myo-肌醇合成酶基因表达量情况及含量变化,结果如下:(1)甜菜碱合成酶中,关键酶CMO基因在胁迫处理2h后响应程度最高达到4.68,处理4h后表达量与对照无差异,甜菜碱含量在0、2、4h处分别为0.11μg/g、0.18μg/g、0.20μg/g。(2)海藻糖合成酶中,TRE家族基因全部下调表达,关键酶家族TPS在胁迫处理4h后响应程度最高,其中Cla019181在处理4h后表达量为2.83,海藻糖含量在0、2、4h处分别为33.64μg/g、46.14μg/g、61.96μg/g。(3)亚精胺合成酶中,ADC家族基因在胁迫处理下响应程度最高,其中Cla016612在处理2h及4h后表达量分别为4.13和4.18,亚精胺含量在0、2、4h处分别为34.62μg/g、45.73μg/g、59.53μg/g。(4)Myo-肌醇合成酶中,AKP家族基因表达无显著变化;MIP家族基因Cla014489在胁迫处理下响应程度最高,其在处理2h及4h后表达量分别为3.81及3.88,myo-肌醇含量在0、2、4h处分别为1.46μg/g、2.00μg/g、2.72μg/g。综上所述,渗透胁迫下西瓜细胞五种激素合成酶基因均有不同程度的响应,赤霉素含量下降,脱落酸、乙烯、水杨酸及茉莉酸含量升高,且激素合成酶基因表达与含量呈正相关关系。渗透胁迫下,西瓜细胞内脱落酸、水杨酸、乙烯、茉莉酸信号转导途径被激活参与西瓜细胞抗逆,同时激活赤霉素负反馈信号参与抗逆。渗透胁迫下甜菜碱、海藻糖、Myo-肌醇及亚精胺含量均升高,且与合成酶基因表达呈正相关关系,结合甜菜碱对西瓜细胞的保护作用以及课题组前期研究海藻糖对西瓜细胞的保护作用,初步筛选出甜菜碱及海藻糖作为抗逆保护剂以在后期应用于西瓜西瓜抗逆栽培;可将Myo-肌醇及亚精胺作为备用抗逆保护剂,待进一步研究渗透胁迫下其对西瓜悬浮细胞的保护作用,而后实际应用于西瓜抗逆栽培。

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8 三亚传媒融媒体记者 贾远平 余菁菁 陈法惠 颜翔;[N];三亚日报;2020年
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11 通讯员 李建强;[N];陇东报;2016年
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