牡丹切花开花衰老过程中MAPK级联途径在ABA和乙烯信号应答中的功能研究

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牡丹(Paeonia suffruticosaAndr.)是我国的传统名花,其花大色艳,深受国内外人民喜爱。但牡丹花期短、采后保鲜技术不过关等原因严重制约了其在切花市场的规模化发展。乙烯和ABA在牡丹鲜切花采后开花和衰老过程中起着重要的作用,但其作用机理还未明确。MAPK级联途径参与乙烯和ABA信号转导。因此,研究乙烯和ABA与MAPK级联途径在牡丹切花开放衰老中的作用模式及调节机理,具有重要的理论价值和实践意义。  本研究以类似乙烯跃变型品种‘洛阳红’(‘Luoyanghong’)为试材,利用0.1mmol·L-1MAPK高效抑制剂SB202190预处理12h后,再用1mmol·L-1 CEPA和2mmol·L-1STS溶液预处理30min,之后用蒸馏水进行瓶插试验,通过测定瓶插过程中的形态、生理生化指标和相关基因的表达,探索MAPK信号通路在切花开放和衰老过程中的生理和分子效应,分析MAPK级联途径如何参与乙烯和ABA信号传导,为牡丹切花保鲜提供依据。主要结果如下:  (1)抑制剂SB202190预处理能够显著延长切花瓶插寿命和最佳观赏期,乙烯利能够解除SB202190预处理延缓切花衰老的效应;不同处理导致牡丹切花的衰老特征发生明显变化,对照的衰老特征为大部分花瓣和叶片失水萎蔫,并有少量落瓣,CK1和STS为脱水萎蔫,CEPA为大量落瓣;抑制剂SB202190和硫代硫酸银处理后抑制花朵开放,维持花枝的鲜重,推迟了水分平衡值达到0值的时间,提高了观赏品质,对牡丹切花具有较好的保鲜效果;乙烯利处理后促进花朵开放,加速衰老进程,加速了水分平衡值达到0值的时间,不利于切花保鲜。  (2)‘洛阳红’切花表现出乙烯和呼吸跃变特征,进一步表明‘洛阳红’为乙烯敏感型和呼吸跃变型花卉。抑制剂SB202190和STS可以减少牡丹切花的乙烯释放速率和呼吸消耗,推迟乙烯峰和呼吸峰的到来,且抑制剂STS与SB202190对于抑制乙烯释放和减小呼吸速率具有协同作用。乙烯利处理增加乙烯合成和呼吸消耗,与SB202190对于抑制乙烯释放具有拮抗作用。抑制剂SB202190减少ACC含量、抑制ACS酶和ACO酶活性,说明MAPK级联参与调控乙烯的生物合成。  (3)SB202190处理显著抑制 PsMPK6基因的表达,乙烯利和硫代硫酸银诱导PsMPK6基因的表达,且乙烯利的诱导作用强于硫代硫酸银,说明切花体内的乙烯信号与MAPK级联途径之间关系比较复杂,推测乙烯利和硫代硫酸银可通过其他信号途径影响PsMPK6的表达。  (4)SB202190在‘洛阳红’切花开放衰老期间对细胞膜完整性具有显著保护作用,有助于延缓蛋白质降解,能有效的促进细胞内清除_O2的酶系统,诱导POD、SOD和CAT活性增加,硫代硫酸银预处理后作用叠加,说明MAPK级联能正向调节活性氧清除剂的产生。乙烯利预处理后则削弱,加速了牡丹切花开放和衰老的膜脂过氧化进程。  (5)用PsUbiquitin作为内参基因,利用半定量RT-PCR分析关键基因的差异表达。与对照相比,SB202190抑制了PsACS和 PsEIN3的表达;与CK1相比,乙烯利处理诱导PsACS和PsEIN3的表达,硫代硫酸银处理则在不同程度抑制;PsACS的表达水平由乙烯造成相似的表达模式,进一步说明ACS是乙烯合成的限速酶。SB202190推迟并降低了PsNCED表达峰,硫代硫酸银预处理后作用叠加,乙烯利预处理后表达峰提前,说明乙烯可参与调控 ABA合成。SB202190抑制PsPYR表达,乙烯利预处理后作用叠加,说明乙烯和MAPK参与调控ABA信号转导。总之,MAPK级联可以作为中间媒介介导乙烯和ABA信号之间的交叉反应。
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