亚精胺在缓解番茄低温胁迫及其信号转导中的作用

发布时间：2018-04-13 02:12

本文选题：番茄 + 低温　；参考：《沈阳农业大学》2016年博士论文

【摘要】：低温是影响作物生长发育和产量品质的一种主要限制因子。番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)属于喜温蔬菜,对低温敏感。多胺(PAs)是有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,广泛存在于植物体中,主要类型有腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm),大量研究发现,PAs能够参与到包括植物逆境响应等多种生理过程中。但关于PAs对番茄幼苗耐低温性和信号转导中的作用机制尚不清楚。本研究以低温敏感番茄品种'Moneymaker'为主要试验材料,研究了外源Spd对番茄幼苗耐低温性的影响；探讨了一氧化氮(NO)在Spd诱导的番茄耐低温性中的作用；分析了PAs与脱落酸(ABA)在番茄响应低温胁迫中的相互作用机制；以及低温下Spd诱导的促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)、NO和过氧化氢(H2O2)在抗氧化防御反应中的相互关系。以探明PAs提高番茄低温抗性的生理机制,验证PAs在信号转导中的作用,所得主要结果如下：1.15/6℃低温条件下,利用外源喷施Spd处理低温敏感型番茄'Moneymaker'幼苗叶片。结果表明,外源Spd能够缓解低温胁迫对番茄幼苗生长和干鲜重的抑制作用。低温胁迫下喷施Spd明显增加番茄叶片中PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、脯氨酸和可溶性糖的含量；减少丙二醛(MDA)、H2O2含量和超氧阴离子(O2-)的产生速率。另外,施用Spd能够提高番茄叶片中内源游离态和结合态Spd和Spm的含量,增加精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)、二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)的活性。Spd能够诱导低温胁迫下番茄叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性显著提高。外源Spd施用后,可使低温胁迫下番茄叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱水抗坏血酸还原酶(MDHAR)的活性显著增强,且明显提高了抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量,以及ASA/DHA和GSH/GSSG。说明外源Spd通过增加可溶性物质含量,调控内源多胺代谢,诱导活性氧(ROS)清除系统来提高番茄幼苗的耐低温性。2.以'Moneymaker'为供试材料,置于4℃低温下,外源喷施Spd及不同抑制剂发现,Spd通过诱导NO的产生来提高番茄幼苗的耐低温性。低温胁迫下应用Spd处理后,能显著增加番茄叶片中NO的含量,MGBG(Spd合成抑制剂)和PTIO(NO清除剂)处理显著降低了Spd诱导的NO含量。L-NAME(一氧化氮合酶抑制剂)和Tungstate(硝酸还原酶抑制剂)处理使低温胁迫下Spd诱导的NO含量显著下降。说明低温胁迫下番茄叶片中Spd诱导产生的NO是通过NR(硝酸还原酶)和NOS-like(一氧化氮合酶)途径实现的。外源Spd处理能明显提高低温胁迫下番茄叶片中H2O2的含量,外源DPI(NADPH氧化酶抑制剂)和DMTU(·OH和H2O2清除剂)导致番茄叶片中H2O2的含量明显降低。低温胁迫下,DPI和DMTU预处理能使Spd诱导的NO含量明显下降。应用PTIO, L-NAME和Tungstate对低温胁迫下番茄幼苗叶片中Spd诱导的H2O2几乎没有影响。因此,在低温胁迫下Spd诱导的抗冷性信号途径中,H2O2可能位于NO的上游。3.与常温对照相比,低温胁迫(4℃)显著降低了番茄叶片中Fv/Fm,提高了电解质渗透率,低温胁迫下外源Spd能够明显增加Fv/Fm和降低电解质渗透率。而用L-NAME, Tungstate和PTIO处理后,Spd的诱导作用被明显抑制。说明Spd诱导的NO在番茄耐低温性中发挥重要作用。低温胁迫下添加Spd能够明显提高番茄叶片中SOD等抗氧化酶的活性以及相关基因的表达,施用NO抑制剂和清除剂显著降低番茄叶片中Spd诱导的抗氧化酶活性和相关基因的表达。因此证明,Spd诱导产生的NO能通过影响抗氧化酶相关基因的表达来诱导番茄幼苗中抗氧化酶的活性,从而提高番茄植株的耐冷性。4.4℃低温下,采用外源Put及D-Arg(Put合成抑制剂)喷施番茄'Moneymaker'幼苗叶片,结果表明,低温胁迫诱导番茄叶片中ABA的积累。外源Put显著诱导了胁迫条件下ABA的积累,而外源D-Arg(Put合成抑制剂)明显抑制了Put的诱导作用。另外,低温胁迫能显著提高番茄叶片中NCED1(9-顺-类胡萝卜素双加氧酶)的表达量,外源Put诱导NCED1的积累,D-Arg处理显著抑制了Put诱导的1CED1表达量的增加。与对照相比,外源D-Arg显著增加番茄叶片中的电解质渗透率,而这种作用能够被外源ABA所抑制。说明ABA可能参与到Put诱导的低温敏感型番茄幼苗的低温响应中。5.为了进一步验证低温胁迫下ABA与Put之间的关系,以ABA合成缺陷缺失突变体(Sit)及其野生型番茄品种(RR)为试材,4℃低温处理24h。结果发现,低温处理能够诱导野生型番茄叶片中内源Put,Spd和Spm含量增加,突变体番茄叶片中Put含量在低温处理下明显提高,而Spd和Spm的含量与对照相比有所下降。无论在野生型番茄中还是突变体番茄中,低温处理都能诱导ABA和Put的积累,并且在野生型番茄中Put的积累量高于突变体番茄中。外源施用ABA或者Put对常温下两种番茄叶片中内源ABA和Put的含量几乎都没有影响。低温下施用ABA增加两个番茄品种中内源ABA的含量；而外源ABA处理降低了野生型番茄中Put的含量,对突变体番茄中Put的产生几乎没有影响。低温胁迫下,外源Put增加了突变体和野生型番茄叶片中Put和ABA的含量。常温下施用ABA和Put对两种番茄叶片中电解质渗透率没有明显作用。应用ABA或者Put到低温下的野生型番茄中,能显著抑制低温诱导的电解质渗透率的升高。对于突变体番茄,外源ABA能够缓解低温诱导的电解质渗透率的增加,而Put处理没有这种效果。说明在两种番茄中,ABA对低温胁迫的响应不依赖Put途径。外源Put通过诱导内源ABA含量的增加,进而增强野生型番茄幼苗的耐低温性,但是,外源Put诱导产生的ABA不足以缓解低温胁迫对突变体番茄造成的影响。6.4℃低温胁迫下,外源喷施Spd及不同抑制剂处理'Moneymaker'幼苗叶片发现,外源施用Spd能显著提高MAPK1,2,3,4,6,16基因的转录水平,PD98059和U0126(MAPK抑制剂)处理显著降低Spd诱导的作用。低温胁迫下外源Spd处理显著增加番茄叶片中的Fv/Fm、SOD、CAT、APX和GR基因的表达以及酶的活性,而这种诱导作用明显被PD98059和U0126所降低。表明MAPK能参与到Spd诱导的番茄幼苗耐低温性中。7.外源施用H202和SNP(NO供体)能够诱导低温胁迫下番茄叶片中SOD、CAT、APX和GR的活性及其相关基因表达的上升,而使用MAPK抑制剂处理后,番茄叶片中的抗氧化酶活性及其基因表达明显低于单独H2O2和SNP处理。另外,MAPK抑制剂能显著降低Spd诱导的H2O2产生,而对NO的含量几乎没有影响。说明在Spd诱导的抗氧化防御反应中,NO可能位于MAPK的上游,而MAPK与H2O2之间能够产生相互作用。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S641.2

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