论文部分内容阅读
细胞壁在植物冷适应和冰冻耐受中发挥着重要的作用,低温胁迫下植物通过增加细胞壁厚度和强度来减少细胞体积收缩和变形,这些改变是通过增加如纤维素、果胶、木质素和糖蛋白等细胞壁成分来实现的。在植物冷适应过程中,果胶甲基酯酶活性增加,导致果胶去酯化,产生的自由羧基与细胞外钙离子结合,形成一种半凝固凝胶态,增加了细胞壁的硬度,引起植物增加对低温和冰冻的耐受。虽然已经报道冷胁迫上调果胶甲基酯酶的转录和活性,但作用机制尚不清楚。为研究低温胁迫下油菜素内酯是否参与了调控果胶甲基酯酶的表达和活性,我们用酶活分析、半定量PCR和western blot研究了拟南芥野生型和油菜素内酯相关突变体在低温胁迫下果胶甲基酯酶的活性和表达模式,果胶甲基酯酶活性降低对植物低温适应的生理影响,以及低温与油菜素内酯信号通路的关联。得到的结果如下：1、揭示了油菜素内酯对果胶甲基酯酶活性具有正调控作用。外源施加1μM eBL能够诱导果胶甲基酯酶活性持续升高,在处理12小时时达到峰值。2、阐明了低温诱导的果胶甲基酯酶活性增加依赖于油菜素内酯信号途径。研究表明,低温胁迫能够诱导拟南芥野生型和油菜素内酯信号持续激活突变体bzr1-1D幼苗中果胶甲基酯酶活性增加,低温不但不能诱导油菜素内酯受体激酶BRI1的无功能突变体bri1-116中果胶甲基酯酶活性增加,反而引起酶活性降低。3、证明了低温诱导的果胶甲基酯酶基因AtPME41的表达依赖于油菜素内酯信号通路。半定量PCR分析证实AtPME41 mRNA水平受冷胁迫和油菜素内酯处理上调,但是冷胁迫不能上调bril-116中AtPME41的表达。并且低温胁迫诱导的AtPME41转录物峰值的出现时间(6小时)较eBL诱导的峰值的出现时间(3小时)晚。4、揭示了AtPME41基因的表达和油菜素内酯在低温胁迫下的生理意义。相对于野生型,低温导致pme41和bril-116细胞膜通透性显著升高,低温也导致了野生型和bri1-116膜脂过氧化程度明显升高。但低温处理前后Col-0和pme41中MDA的含量和变化趋势没有明显差别。这些结果表明油菜素内酯信号的缺失能显著降低了拟南芥对低温的耐受。果胶甲基酯酶活性的减少导致细胞膜通透性增加,但没有引起MDA含量的积累,说明果胶甲基酯酶对细胞膜具有保护作用。5、证实了低温胁迫能够增强油菜素内酯信号的转导。通过对油菜素内酯分子标记BZR1的磷酸化状态分析,证明低温胁迫能够增加并且是通过油菜素内酯受体BRI途径增加油菜素内酯信号的转导。6、发现了一氧化氮与油菜素内酯的互作关系。通过对BZR1的磷酸化状态分析,证明一氧化氮作用在油菜素内酯信号通路的下游或者与油菜素内酯的作用是平行的。总之,研究结果表明拟南芥中低温胁迫调控果胶甲基酯酶的表达和活性升高是依赖油菜素内酯信号通路的,并且可能主要通过油菜素内酯调控AtPME41的表达实现。果胶甲基酯酶活性的减少增加了拟南芥在低温胁迫下的细胞膜通透性,说明果胶甲基酯酶对细胞膜具有重要的保护作用。低温胁迫可以增强油菜素内酯信号的转导,油菜素内酯信号的缺失大大降低了拟南芥对低温胁迫的耐受,说明油菜素内酯在植物低温胁迫中具有重要的生理意义。