碳源对黄瓜愈伤组织糖代谢相关酶的调控

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黄瓜是全球广泛栽培的重要蔬菜,不适环境下常因同化物供应不足遭遇饥饿胁迫。黄瓜栽培过程中营养生长与生殖生长同时进行的时间长,在此期间合理调控源库关系是取得高产优质的关键。水苏糖是黄瓜同化物长距离运输的主要形式,与蔗糖运输型植物相比,黄瓜同化物代谢涉及到一些不同的糖和酶。蔗糖非发酵相关蛋白激酶1(SnRK1)是调节植物对源库水平作出反应的重要糖信号分子。目前,关于黄瓜源库器官中糖代谢相关酶对饥饿胁迫及不同源库水平如何作出响应还鲜有研究。为此,本文以黄瓜愈伤组织作为实验材料,用无糖培养基模拟“饥饿”胁迫,以在培养基中加入蔗糖、水苏糖、棉子糖和半乳糖模拟不同的源库水平,研究上述处理对黄瓜愈伤组织可溶性糖含量、糖代谢相关酶mRNA表达水平和活性的影响,以期为植株水平的研究提供前期数据,为改进黄瓜逆境栽培和源库调控技术提供依据。所得结果如下:1、生长于以蔗糖为碳源的MS培养基中的黄瓜愈伤组织主要含有蔗糖、葡萄糖和果糖,水苏糖和棉子糖含量很低。将愈伤组织转移入无糖培养基中模拟“饥饿”胁迫时,各种可溶性糖含量呈逐渐降低趋势。当分别转移入蔗糖、水苏糖、棉子糖和半乳糖等碳源中后,愈伤组织中这4种糖含量分别显著升高,表明愈伤组织可从培养基中吸收上述4种糖。2、黄瓜愈伤组织在饥饿胁迫条件下,随着可溶性糖含量的降低,蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)表达水平和酶活性均显著降低。碱性α-半乳糖苷酶Ⅰ mRNA表达水平显著升高,可能碱性α-半乳糖苷酶Ⅰ是饥饿胁迫条件下负责分解多糖类供机体生存的关键酶。肌醇半乳糖苷酶(GolS)、棉子糖合成酶(RS)和水苏糖合成酶(STS)等水苏糖合成相关酶mRNA表达水平显著下降,表明植物体在自身同化物供应不足条件下,抑制合成代谢。3、将黄瓜愈伤组织转移入蔗糖碳源中,蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)表达水平和酶活性升高。半乳糖激酶(GK)、UDP-半乳糖焦磷酸化酶(UGPase) mRNA表达水平和酶活性均降低,可能产物蔗糖含量较高对GK和UGPase表达和活性有抑制作用。酸性α-半乳糖苷酶Ⅲ、碱性α-半乳糖苷酶Ⅰ和α-半乳糖苷酶III mRNA表达也显著升高,可能α-半乳糖苷酶参与蔗糖信号分子相关的调控网络。将黄瓜愈伤组织转移入水苏糖碳源中,GK mRNA表达水平和活性呈下降趋势,具体调控机制有待进一步研究。碱性α-半乳糖苷酶I mRNA表达水平显著升高,表明碱性α-半乳糖苷酶Ⅰ可能发挥分解水苏糖的作用。将黄瓜愈伤组织转移入棉子糖碳源中,碱性α-半乳糖苷酶Ⅰ和碱性Ⅱ-半乳糖苷酶ⅡmRNA表达水平显著升高,表明这两种形式α-半乳糖苷酶可能在棉子糖分解过程中发挥关键作用。将黄瓜愈伤组织转移入半乳糖碳源中,AGPase mRNA表达水平和活性降低,酸性α-半乳糖苷酶II mRNA表达显著升高,具体调控机制还有待进一步研究,但是可以为半乳糖和其它代谢途径的研究提供参考。4、研究结果表明黄瓜愈伤组织在饥饿胁迫条件下SnRK1mRNA表达降低,可能与水苏糖运输型植物代谢途径较复杂有关,还有待进一步研究。将愈伤组织转移入4种碳源中,SnRK1mRNA表达水平与对照相比都有所下降,可能在同化物供应充足条件下,SnRK1表达水平降低。
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