细胞氧化还原信号对四季秋海棠叶片花色素苷的影响

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近些年来,彩叶植物由于异于常规且丰富多彩叶片特征而备受青睐,已成为城市园林景观和绿化中不可缺少的元素。这些丰富多彩叶色的呈现与植物体内的一种次生黄酮类代谢物质——花色素苷有关,它能赋予植物体各组织红、蓝、紫各种颜色,也是彩叶植物呈色的重要物质,许多植株的叶片会在生物胁迫和非生物胁迫下形成花色素苷,使植株具有显而易见的表观特性。所以,本文选用绿叶系四季秋海棠(Begonia semperflorens)‘超级奥林匹克’品种(‘Super Olympia’)为材料,对ROS在低温诱导四季秋海棠叶片花色素苷合成过程中的作用及作用机理;低温诱导四季秋海棠叶片花色素苷合成过程中的H2O2来源分析;基于转录组高通量测序分析低温和高光诱导四季秋海棠叶片中花色素苷合成的分子机制等方面进行了分析,所取得的主要研究结果如下:(1)逆境胁迫能够导致植物光合作用下降且产生氧化胁迫,而花色素苷作为氧化胁迫应激诱导产生的产物在许多植物上得到体现。四季秋海棠叶片在0.05和0.1 mmol·L-11 MV处理后的前9天有明显的变红趋势,且花色素苷含量和ROS含量显著的增加;而2和5 mmol·L-1的DMTU处理四季秋海棠叶片并未出现变红的趋势,且花色素苷含量和ROS含量随着时间的延长显著下降,之后趋于稳定。为了进一步的验证,我们选用5 mmol·L-1的DMTU处理四季秋海棠叶片,发现DMTU能明显的清除低温胁迫下ROS的含量,花色素苷合成基因PAL、CHS、F3H和ANS表达下调,花色素苷含量下降,在AsA-GSH循环中降低了AsA、GSH等抗氧化物质的含量,以及SOD、CAT、APX、MDHAR、DHAR和GR等抗氧化酶的活性,缓解低温处理对叶绿素荧光参数的降低。以上结论表明MV促进活性氧含量的增长,产生氧化胁迫的同时也诱导了花色素苷的产生,而DMTU清除低温胁迫产生的H2O2之后,低温诱导的花色素苷合成也被抑制。因此,试验的结果表明H2O2确实参与了花色素苷的环境诱导合成。(2)前期的试验研究结果表明H2O2确实参与了花色素苷的环境诱导合成,而为了研究低温胁迫下四季秋海棠叶片H2O2产生和积累的来源,我们采用不同的H2O2抑制剂处理四季秋海棠叶片,结果表明,低温胁迫下叶片花色素苷含量、花色素苷合成基因PAL、CHS、F3H、ANS表达、H2O2含量、SOD、POD、PAO、GO活性、MDA含量和Evans blue吸收量均显著升高。乙醇酸氧化酶的抑制剂oxalic acid、NADPH氧化酶抑制剂DPI、光合电子传递链抑制剂DCMU和DBMIB、过氧化物酶抑制剂NaN3和超氧化物岐化酶抑制剂DDC处理后对低温胁迫下叶片花色素苷的诱导合成有程度差别的抑制作用、花色素苷合成表达基因下调、MDA含量、Evans blue吸收量和氧化酶(SOD、POD、PAO和GO)活性、降低叶片H2O2含量、但提高了叶片蒸腾速度(Tr)、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)等值。以上表明,NADPH氧化酶,细胞壁过氧化物酶,多胺氧化酶,乙醇酸氧化酶,光合电子传递链等对低温胁迫下四季秋海棠叶片H2O2产生有不同程度的贡献。(3)采用高通量对四季秋海棠叶片进行测序,完成3个样品组间的转录组测序,总共获得94,880条unigene被组装,有54,799条得到注释。对unigene进行Nr、Swiss-Prot注释,COG、GO分类分析,CK vs LT和CK vs HL组合共有1712条序列被注释到COG数据库并被分为22类;有3261条被注释到GO数据库并被分为36个GO亚族;使用FPKM值标准化处理方式,在全部DEG基因中,CK vs LT组合有4156条有差异的功能注释基因,CK vs HL有663条。花色素苷生物合成基因与其他植物的基因相比较,从库中选择有12个具有相似的序列,表明这12基因是参与花色素苷合成的关键基因,并且都是上调基因。
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