逆境条件对龙须菜水杨酸代谢相关酶活性、基因表达及水杨酸含量的影响

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龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)是红藻门(Rhodophyta)的一种大型经济海藻,具有多种经济和生态价值如提取琼脂、食用、鲍鱼养殖和生态修复等。目前,龙须菜在我国从北到南沿海都有养殖。虽然龙须菜耐高温养殖品系981在我国广东、福建等南方海域养殖,但夏季仍然要运回北方渡夏保种。水杨酸(Salicylic acid,SA)是一种新型植物激素,它不仅参与了植物体内的多种生理生化过程的调节,而且在植物抗病和抗逆过程中也发挥了重要的作用。本文以龙须菜981为研究对象,主要探讨了高温、高盐和病烂等逆境条件对其水杨酸代谢相关酶的活性、相关基因的表达及内源水杨酸含量的影响,从而揭示SA在低等藻类植物抗生物和非生物胁迫中的作用,为龙须菜的抗逆抗病养殖提供理论参考。  本研究主要内容包括:⑴利用生化测定方法研究了不同逆境条件对龙须菜水杨酸代谢关键酶苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)和信号转导相关酶β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase,β-1,3-GA)活性的影响。结果表明3组病烂龙须菜中PAL和β-1,3-GA活性分别为对照组的1.27-1.42倍和1.26-1.35倍;35‰高盐培养对龙须菜PAL活性无显著影响,但使β-1,3-GA活性分别增加为对照组的1.90倍(24h)和1.42倍(48h);33℃高温处理使PAL和β-1,3-GA活性均升高,分别是对照组的1.25倍和1.27倍(24h);100μmol/L SA添加可以促进PAL和β-1,3-GA活性的升高,但高浓度SA却抑制了两种酶的活性。⑵利用荧光定量 PCR方法检测了逆境条件对龙须菜中5条基因表达变化的影响。结果表明33℃高温诱导了龙须菜中热激蛋白70家族(heat shock protein70,HSP70)、β-1,3-GA、动物型亚铁血红素过氧化物酶(animal heme peroxidase,AHPX)和谷胱苷肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)基因的上调表达,而抑制了糖基水解酶16家族(glycosyl hydrolases family16,GH16)基因的表达;35‰高盐明显促进龙须菜中β-1,3-GA、AHPX、GST和 GH16基因的表达,而对 HSP70基因表达无影响;外源添加100μmol/L SA促进了高温和高盐培养龙须菜 HSP70、β-1,3-GA、AHPX和GST基因的表达而显著抑制了 GH16基因的表达。⑶利用GC-MS技术分析了逆境条件下龙须菜内源水杨酸含量的变化。结果表明在6-12h,33℃高温促进了内源水杨酸含量的升高,分别是对照组的1.42倍和2.03倍,而在24~48h则抑制了内源水杨酸含量,分别是对照组的0.70倍和0.48倍。外源水杨酸的添加促进了高温培养藻的内源水杨酸含量的增加,为未加水杨酸组的1.62倍-2.16倍。35‰盐度对龙须菜内源水杨酸含量的影响与对高温影响类似,即在48h内先促进再抑制其含量的升高。外源水杨酸的添加也促进了高盐培养藻的水杨酸含量增加,35‰+SA组藻的水杨酸含量分别为35‰组的1.28倍-1.93倍。⑷龙须菜中PAL和β-1,3-GA活性在病害、高温和高盐条件下升高(高盐条件下PAL除外),而100μmol/L SA诱导两种酶活性的效果最显著;高温、高盐、外源添加 SA不同程度地诱导促进了β-1,3-GA、AHPX和 GST基因的表达;短期高温和高盐处理可以促进龙须菜内源水杨酸含量的提高,而添加外源SA显著促进了高盐和高温逆境下藻体内源水杨酸含量的增加。以上结果说明SA能够不同程度地提高龙须菜的抗逆能力。
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