發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 15:38

  本文關(guān)鍵詞：褪黑素在調(diào)控番茄耐熱性中的作用及機(jī)制

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【摘要】：番茄(Solanum lycopersicum L.)是一種世界各地普遍栽培的重要蔬菜作物,其產(chǎn)量和品質(zhì)常常受到低溫、高溫、干旱、鹽害、重金屬以及多種病蟲害的影響。因此,研究番茄等蔬菜的逆境響應(yīng)和調(diào)控機(jī)制,尋求調(diào)控蔬菜的抗性、產(chǎn)量及品質(zhì)安全的新途徑對(duì)于發(fā)展可持續(xù)蔬菜生產(chǎn)至關(guān)重要。褪黑素(melatonin,MT)是一種可在許多植物細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)到的色胺類化合物,近年來越來越多的研究表明,MT的外源性應(yīng)用可以增強(qiáng)植物對(duì)各種非生物和生物脅迫的抗性,但有關(guān)MT誘導(dǎo)植物高溫抗性和生物脅迫抗性的研究還很少,其調(diào)控機(jī)制亟待深入研究,尤其是MT對(duì)植物耐熱性的調(diào)控及其潛在的分子機(jī)制仍然鮮為人知。本文以番茄為材料,利用植物生理學(xué)、生物信息學(xué)、分子生物學(xué)、植物顯微技術(shù)等手段從光合作用、抗氧化系統(tǒng)、蛋白保護(hù)系統(tǒng)等方面系統(tǒng)研究了 MT調(diào)控番茄耐熱性的作用機(jī)制。所得主要結(jié)果如下:1.明確了 MT對(duì)PstDC3000、Botrytiscinerea、高溫和鎘(Cd)等生物和非生物脅迫下番茄幼苗抗性的影響和其適用濃度。我們發(fā)現(xiàn)各種脅迫顯著抑制番茄幼苗的光合作用,葉片的凈光合速率(Pn)和最大潛在光化學(xué)效率(Fv/Fm)顯著降低。適宜濃度的MT對(duì)PstDC3000、高溫和Cd脅迫引起的Fv/Fm的下降,對(duì)Botrytis cinerea、高溫和Cd脅迫引起的Pn的下降具有明顯緩解作用。10μM的MT預(yù)處理能增強(qiáng)番茄對(duì)Pst DC3000的抗病性,但是外源MT在調(diào)控番茄幼苗對(duì)Botrytiscinerea病菌脅迫抗性中的作用并不明顯。2.發(fā)現(xiàn)MT增強(qiáng)番茄的高溫抗性與其誘導(dǎo)高溫下葉片自噬體的形成有關(guān),明確了 MT對(duì)高溫下番茄葉片細(xì)胞內(nèi)蛋白的氧化和沉淀蛋白的聚集有顯著的抑制作用,高溫下MT誘導(dǎo)的Hsp70表達(dá)和自噬體形成增多、葉片光合作用的增強(qiáng)、抗氧化能力的提高在MT調(diào)控的番茄耐熱性中都發(fā)揮了重要作用。適宜濃度的MT(10 μM)葉面噴施預(yù)處理顯著減小高溫下番茄葉片的細(xì)胞膜相對(duì)透性、減輕膜質(zhì)過氧化程度,表明MT對(duì)高溫下細(xì)胞膜具有保護(hù)作用;MT顯著提高高溫下番茄葉片F(xiàn)v/Fm和Asat,有效改善高溫導(dǎo)致的光合抑制;透射電鏡檢測(cè)證明MT減輕了高溫引起的葉綠體膨大;MT顯著增強(qiáng)SOD、APX等抗氧化酶活性和編碼這些酶的Cu/Zn-SOD、cAPX基因的表達(dá),增加細(xì)胞內(nèi)抗氧化物質(zhì)GSH和AsA含量,增大GSH/GSSG和AsA/DHA,維持番茄葉片細(xì)胞內(nèi)較高的還原態(tài)水平,明顯減少H2O2的積累,減少細(xì)胞內(nèi)氧化蛋白和不溶性蛋白的積累;顯著誘導(dǎo)Hsp70的表達(dá);激光共聚焦熒光顯微鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)MT在高溫下顯著誘導(dǎo)自噬體增多,是對(duì)照的2.5倍;透射電鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)MT在高溫下更早地激活自噬體的自噬過程。3.根據(jù)擬南芥中已經(jīng)報(bào)道的一個(gè)新的具有N-乙�；�五羥色胺甲基轉(zhuǎn)移酶(ASMT)活性的基因,即咖啡酸O位甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)(能夠催化NAS轉(zhuǎn)化成MT)基因的序列為基礎(chǔ),在番茄基因組上利用生物信息學(xué)方法對(duì)番茄ASMT基因家族進(jìn)行鑒定與系統(tǒng)進(jìn)化分析。結(jié)果表明,番茄基因組中至少含有24個(gè)ASMT基因成員,蛋白質(zhì)序列長度為96～369個(gè)氨基酸之間,具有0～3個(gè)內(nèi)含子;序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)這些ASMT基因家族成員具有10個(gè)保守基序;染色體定位發(fā)現(xiàn)它們不均勻分布在番茄的8條染色體上;系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系揭示番茄和水稻、擬南芥的ASMT基因家族成員可以分為8組,每組成員數(shù)目是變異的,并且存在3對(duì)單拷貝直系同源基因,表明這些基因的特征在番茄和水稻、擬南芥分化之前就已經(jīng)存在。4.明確了番茄ASMT基因沉默顯著抑制內(nèi)源MT的合成,TRV-ASMT植株的耐熱性顯著降低,外源補(bǔ)充適宜濃度的MT能緩解熱脅迫和恢復(fù)沉默植株的耐熱性。研究發(fā)現(xiàn)番茄內(nèi)源MT含量隨環(huán)境溫度的升高而增加,40°C的高溫顯著誘導(dǎo)MT的生物合成、上調(diào)MT合成關(guān)鍵酶基因的轉(zhuǎn)錄水平。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默(VIGS)技術(shù)沉默ASMT基因之后,番茄內(nèi)源MT含量顯著下降,高溫脅迫下沉默植株的葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性和膜質(zhì)過氧化程度增大,Fv/Fm和Asat顯著減小,APX和CAT等抗氧化酶活性和相關(guān)基因的表達(dá)在高溫脅迫后顯著減小,GSSG和DHA含量增加,GSH/GSSG和AsA/DHA下降,導(dǎo)致番茄葉片細(xì)胞內(nèi)氧化態(tài)水平升高。高溫下ASMT基因沉默植株葉片可溶性蛋白的氧化程度加重,沉淀蛋白積累增多。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)對(duì)番茄ASMT基因沉默植株預(yù)處理MT后,高溫下沉默植株所喪失的高溫脅迫抗性又很大程度上得以恢復(fù)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S641.2

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本文編號(hào)：1283054