乙烯参与外源钙诱导盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生机理研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bright202
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在植物生长发育过程中,盐胁迫作为一种危害极强的非生物胁迫,对植物的生长发育过程产生了极为严重的影响。尤其在农作物生产过程中,盐胁迫会导致农产品的产量和品质降低,严重的盐胁迫甚至会造成农作物死亡,从而致使农产品绝收。钙和乙烯是植物体信号转导过程中重要的信号物质,大量研究表明钙和乙烯通过参与到植物各项生理生化及生长发育过程。同时,钙和乙烯在植物体抵御生物和非生物胁迫的过程当中也占据着极为重要的地位。然而在盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中,钙和乙烯的相互作用是否会通过调控植物响应盐胁迫从而影响黄瓜外植体不定根的发生这一过程仍然不明确。因此,本试验以盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生为背景,通过对黄瓜外植体內源乙烯合成及信号转导,钠离子转运等相关指标测定,对钙和乙烯相互作用缓解盐胁迫对不定根发生抑制的相关机理进行研究,以为钙和乙烯相互作用缓解植物盐胁迫提供一定的理论依据。主要研究结果如下:1.研究了钙和乙烯对盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生的影响。结果表明,低浓度的NaCl可以促进黄瓜外植体不定根的发生,然而随着NaCl浓度的升高,黄瓜外植体不定根的发生受到显著抑制。试验筛选13 mM NaCl浓度作为模拟盐胁迫的中度胁迫浓度,进一步研究了钙和乙烯对盐胁迫条件下不定根发生的影响,结果发现,10μM氯化钙(CaCl2)或0.1μM乙烯利(乙烯供体)处理在缓解盐胁迫对不定根生根发生抑制的过程中具有最大的生物学效应。此外,去除内源乙烯显著降低了外源钙诱导盐胁迫条件下不定根发生的作用,说明乙烯参与到外源钙诱导盐胁迫条件下不定根发生的过程。2.对盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中,外源钙对内源乙烯合成的影响进行研究。结果表明,在盐胁迫条件下,外源使用CaCl2处理可以显著提高黄瓜外植体ACC合成酶(ACS)和ACC氧化酶(ACO)的活性,同时促进1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的生物合成,进而提高黄瓜外植体乙烯的生物合成。同时,对乙烯合成及信号转导相关基因表达的验证发现,Ca2+在盐胁迫条件下显著上调了CsACS3、CsACO1、CsACO2、CsEIN2和CsEIN3的基因表达水平,同时,负调控CsETR1、CsETR2、CsERS和CsCTR1的基因表达。然而,Ca2+螯合剂(EGTA)和钙离子通道抑制剂(LaCl3)的使用会显著逆转Ca2+对上述基因表达的调控作用。这些结果表明,Ca2+在盐胁迫条件下可能通过调节内源乙烯的生物合成及信号转导从而影响黄瓜外植体不定根的发生。3.对盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中的蛋白互作进行研究。在这一过程中发现有171种蛋白可以与乙烯信号通路中EIN3发生蛋白互作。通过对以上蛋白功能分析,选取谷胱甘肽还原酶(GR)和蛋氨酸合成酶(MS)进一步研究外源钙对EIN3与GR和MS互作的影响。结果表明,黄瓜外植体不定根发生过程中,盐胁迫会降低EIN3与GR和MS的互作程度,然而,外源钙的加入可以提高盐胁迫条件下EIN3与GR和MS的互作水平。4.对盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中乙烯参与外源钙调控Na+转运的过程进行研究。结果表明,在盐胁迫下不定根发生过程中,CaCl2处理可显著降低黄瓜外植体Na+含量同时提高K+含量。然而,乙烯抑制剂处理显著逆转了Ca2+对钠钾离子含量的影响。这些结果表明,在盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中,乙烯作为Ca2+的下游信号分子,参与到调节钠离子和钾离子平衡的过程。进一步对Na+转运相关基因转录和蛋白翻译水平进行验证,结果表明,在盐胁迫条件下黄瓜外植体不定根发生过程中,乙烯参与外源钙调控黄瓜外植体中质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1、液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白NHX1、质膜质子泵HA3和液泡膜H+-ATP酶蛋白VHA-A的转录和翻译过程,从而影响黄瓜外植体中钠离子的转运。此外,在盐胁迫条件下,乙烯在Ca2+维持细胞超微结构稳定中也发挥了积极作用。综上,乙烯可能作为Ca2+的下游信号分子,通过调节Na+的运输来维持黄瓜外植体中较低的Na+浓度和较高的K+水平,同时参与维持黄瓜外植体细胞结构完整性从而提高黄瓜外植体耐盐性,进而调控黄瓜外植体不定根的发生。
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