超表达SlSAMS1对番茄幼苗镉和干旱胁迫的缓解效应研究

发布时间：2020-09-19 16:32

　　重金属、干旱等非生物胁迫严重影响蔬菜的生长发育和安全高效生产。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)催化甲硫氨酸和ATP形成S-腺苷甲硫氨酸(SAM),以SAM为前体可以合成乙烯,多胺,谷胱甘肽等信号和抗逆分子。本研究以超表达SlSAMS1番茄和‘895’自交系为试验材料,研究了SlSAMS1对番茄耐镉性及抗旱性的调控效应,并初步探究了SAMS1发挥作用的生理途径。主要结果如下:1.采用营养液水培法,以50μM CdCl_2模拟镉胁迫。结果表明SlSAMS1缓解了镉胁迫对种子萌发和植株生长的抑制作用,转基因番茄幼苗具有较高的叶绿素含量、净光合速率、Fv/Fm和ΦPSII。镉胁迫促进活性氧(ROS)的积累,超表达SlSAMS1显著提高了镉胁迫下抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环效率以及愈创木酚过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,促进谷胱甘肽合成酶(GSH1、GSH2),螯合肽合成酶(P CS)的表达水平,提高植物对镉的解毒能力,降低了镉胁迫诱导的ROS积累和膜脂过氧化水平。超表达SlSAMS1降低了镉在番茄根系中的积累,降低了镉对番茄根系的危害。SlSAMS1上调根中多胺合成相关酶(SAMdc、SPDS、SPMS)和氧化酶(PAO)基因的表达水平,并且提高了胁迫下细胞壁结合的PAO和POD的活性,加速胁迫前期根的木质化。此外,SlSAMS1调节了根、叶中一些金属转运蛋白的表达水平。2.过表达SlSAMS1缓解了干旱胁迫对番茄种子萌发(PEG处理)的抑制作用。采用自然干旱的处理方法,分析了干旱及复水条件下植株生长情况、碳氮代谢和初生代谢产物的积累。结果表明在干旱及复水条件下,超表达SlSAMS1番茄的植株鲜重,叶片的可溶性总糖含量、蔗糖含量、可溶性蛋白含量和全氮含量均不同程度的高于野生型。干旱胁迫使得谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶(GS/GOGAT)循环受阻,增强了GDH活性,SlSAMS1缓解了干旱胁迫对铵同化的抑制作用。干旱及复水后,野生型和转基因番茄叶片的初生代谢产物含量发生了较大的变化,SlSAMS1基因提高番茄了叶片中果糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,α-酮戊二酸、柠檬酸、延胡索酸和苹果酸的含量,可能在其调控的番茄抗旱性发挥重要的作用。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S641.2;X503.231
【部分图文】：

镉胁迫,基因,干旱胁迫,番茄

超表达 SlSAMS1 对番茄幼苗镉和干旱胁迫的缓解效应研究析lSAMS1 对番茄镉胁迫的缓解效应AMS1 基因可以响应镉胁迫SlSAMS1 是否响应镉胁迫，我们对 50 μM CdCl2处理 48 h 1 的表达进行了分析。图 1 表明，根中 SlSAMS1 表达量h 时，达到峰值，为对照的 2.4 倍。叶片中 SlSAMS1 虽然也8 h 时表达量略有上调，总体呈上升趋势。

镉胁迫,转基因番茄,表型,幼苗

图 2 镉胁迫（50 μM）下野生型与转基因番茄幼苗的表型Fig. 2 The phenotypic of WT and transgenic tomato seedling under Cd stress（50 μM）表 2 超表达 SlSAMS1 对镉胁迫下番茄幼苗生长的影响Table 2 The effect of overexpressing SlSAMS1 on the growth of tomato seedlings under cadmium stress注：同一列不同字母表示在 5%水平上差异显著（P<0.05）；以下图、表相同。处理Treatments地上部Shoots根部Roots株高Plant height（cm）鲜重Fresh weight（g·plant-1）茎粗Stem diameter（mm）鲜重Fresh weight（ g·plant-1）WT 60.53±3.67a 50.11±4.57a 8.43±0.40a 7.51±1.47bSAMS1-3 54.85±5.38b 34.43±5.25b 7.21±0.40bc 6.32±1.40bcSAMS1-7 46.00±4.74cd 34.53±3.26b 7.33±1.04bc 7.76±0.26abSAMS1-11 50.73±1.63bc 51.10±9.22a 8.06±0.90ab 9.17±1.82aWT+Cd 42.98±5.64d 16.70±3.21d 5.83±0.77d 4.71±0.50dSAMS1-3+Cd 47.18±0.38cd 24.05±1.58c 6.67±0.38cd 6.26±0.44bcSAMS1-7+Cd 44.75±2.92cd 24.98±4.77c 6.62±0.89cd 7.75±0.93abSAMS1-11+Cd 47.43±1.72cd 26.97±1.57c 6.36±0.71cd 5.38±0.26c

镉胁迫,叶绿素荧光参数,转基因番茄,净光合速率

超表达 SlSAMS1 对番茄幼苗镉和干旱胁迫的缓解效应研究3.1.3 超表达 SlSAMS1 基因提高了镉胁迫下番茄的光合及叶绿素荧光参数水平光合及叶绿素荧光参数一定水平上反应了植物的受伤害程度。光合作用是植物中极其重要的生理过程，当遭受镉胁迫时，光合机构损坏、叶绿素降解，最终导致光合速率下降。我们研究发现，与野生型对比，转基因植株能够缓解镉胁迫引起的叶绿素降解以及净光合速率下降（表 3，图 3A）。另外，Fv/Fm、ΦPSII 分别代表 PSII 原初光能转化效率和线性电子传递的量子效率。Fv/Fm 反映 PSII 的潜在活性，ΦPSII 反映电子在 PSI和 PSII 的传递情况，被认为是反映光抑制程度的可靠指标。结果表明，镉胁迫下，转基因植株相对野生型能够维持较高的 Fv/Fm 和ΦPSII，表明 SlSAMS1 基因能够缓解镉胁迫对 PSII 造成的光抑制及维持 PSI 和 PSII 间的电子传递情况（图 3B，3C）。

【参考文献】