外源MeJA调控芜菁幼苗对NaCl胁迫响应机理

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芜菁(Brassica rapa L.subsp.rapa),是十字花科芸薹属二年生草本植物,又称蔓菁、大头菜、盘菜,新疆芜菁栽培的过程中常遭受盐碱与干旱等逆境胁迫,阻碍了植株的生长发育过程。茉莉酸类物质作为一种外源调控类激素,能够诱导植株抗性相关指标发生变化,从而抵御逆境胁迫。本研究以此为切入点,从植物生理、基因表达、代谢物积累和激素调控等方面入手,探究外源MeJA调控芜菁幼苗对NaCl胁迫的响应机理,以期为创制耐盐芜菁品种提供新的思路。本研究得到的结果如下:(1)NaCl胁迫限制了幼苗生长,植株干鲜重逐渐降低。叶片和根系中的MDA含量升高,细胞膜受到损伤。幼苗中的活性氧物质含量和抗氧化酶活性升高。芜菁幼苗体内可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等渗透调节物质逐渐增加。NaCl胁迫降低了芜菁幼苗叶片中的叶绿素及其合成前体物质的含量,抑制了芜菁幼苗的光合作用。(2)外源MeJA抑制了芜菁幼苗的生长,降低了植株干鲜重。叶片和根系组织中的抗氧化酶活性有不同的表达模式,其中SOD和POD随浓度的增加而逐渐增高,CAT和APX活性则逐渐降低。活性氧代谢物质中H2O2逐渐降低,而O2·-含量逐渐增加。渗透调节物质中,可溶性糖含量增高,可溶性蛋白质含量降低。外源喷施MeJA处理,显著降低了芜菁幼苗叶片中的叶绿素及前体物质的含量,抑制了幼苗的光合作用。(3)外源MeJA显著限制了NaCl胁迫下芜菁幼苗的生长,诱导芜菁幼苗叶片发生黄化,降低了幼苗叶片中的叶绿素及其前体物质的含量,抑制了芜菁幼苗的光合作用。叶片和根系中的抗氧化酶表达模式各异,其中SOD、POD和APX在N+M处理后有所增加,而CAT活性则显著降低。幼苗中的活性氧代谢物(H2O2和O2·-)及膜脂过氧化产物(MDA)在N+M处理显著提高。综合来看,外源MeJA诱导了NaCl胁迫下芜菁幼苗的衰老,抑制了芜菁幼苗的生长,但提高了部分抗氧化酶的活性,增强了对NaCl胁迫的防御机制。(4)外源MeJA处理抑制了芜菁幼苗叶片中叶绿素合成、光合作用和碳代谢相关的基因表达。硫代谢、植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢、苯丙烷生物合成等与抵御逆境胁迫相关的基因显著上调表达。CTK合成途径基因表达受到抑制,CTK类物质下调积累。JA和ABA合成途径中的基因和激素含量均显著上调表达。NaCl胁迫处理诱导了大部分碳代谢和氨基酸代谢途径的基因和代谢物显著上调表达。ABA、JA和Auxin生物合成途径大部分基因上调表达,而CTK合成基因则出现显著下调表达。芜菁幼苗在外源MeJA和NaCl胁迫共处理时,光合作用相关的基因显著下调表达,而氨基酸生物合成相关的基因显著上调。从代谢物积累角度来看,芜菁幼苗中的有机酸和氨基酸类物质显著高于NaCl胁迫处理,ABA和JA含量也出现上调积累。(5)通过全基因组分析在芜菁基因组中鉴定出36个JAZ家族基因(26个JAZ、3个TIFY和5个ZML)。这些JAZ家族基因的外显子和内含子的数目和长度各不相同,并且在同一亚家族中的保守基序是一致的。在JAZ家族基因中发现2对串联重复基因,其他所有基因均为片段复制或全基因组复制而产生。MeJA和ABA处理显著提高了芜菁JAZ基因的表达,有少量基因参与了对NaCl胁迫和低温胁迫的响应。这些结果为进一步研究芜菁茉莉酸相关基因的功能奠定了基础。
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