赤霉素缺失影响采后番茄果实抗冷性的分子机制

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冷害(chilling injury,CI)是冷敏型果蔬在不适低温贮藏下发生的生理失调现象,会缩短果蔬货架期,造成严重的经济损失。赤霉素(gibberellin,GA)是高等植物体内重要的内源激素,能够促进细胞伸长和分裂、刺激器官发育,参与调控植物对生物和非生物胁迫的响应,在调节植物整个生命周期等方面起着十分重要的作用。研究表明外源GA3处理能有效提高果蔬抗冷性,然而关于GA调控果蔬抗性应答的分子机制尚不明确。番茄(Solanum lycopersicum L.)是研究冷害的典型模式植株。本文以绿熟期的野生型(WT)(Solanum lycopersicum L.cv.Moneymaker)及其GA缺失型突变株gib-3番茄果实为实验材料,置于4℃下贮藏28 d,统计冷害指数,观察细胞微观结构,测定丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、离子渗透率、磷脂酶D(phospholipase D,PLD)、脂氧合酶(lipoxidase,LOX)、细胞壁降解相关酶多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)和果胶甲酯酶(pectin methyl esterase,PME)、抗氧化相关酶超氧化物歧化酶(superoxidase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗逆相关酶苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)和谷胱甘肽转移酶(glutathione s-transferase,GST)的活性,确定GA缺失对采后番茄果实抗冷性的影响;基于转录组学和蛋白组学手段,比较低温贮藏下WT和gib-3采后番茄果实在基因和蛋白水平上的变化,进一步探究GA在采后番茄果实抗冷调控中的作用机制。主要研究结果如下:(1)低温贮藏下,与WT相比,gib-3番茄果实冷害指数升高,细胞膜、细胞壁等微观结构破损较为严重;MDA含量、离子渗透率、PLD、LOX、PG和PME活性增强,加速了番茄果实细胞膜脂质过氧化作用和细胞壁的降解速度;SOD、CAT、PAL和GST活性减弱,细胞内积累的活性氧和自由基清除能力降低,使番茄果实不断遭受氧化损伤。(2)利用RNA-Seq技术对低温贮藏下0和14 d的gib-3和WT番茄果实进行转录组测序,结果如下:与WT相比,gib-3番茄果实差异基因的GO功能显著富集在细胞过程、代谢过程、细胞、细胞器、结合和催化活性;KEGG通路主要富集在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、果糖和甘露糖代谢、碳代谢、糖酵解/糖异生等通路。筛选出6个低温胁迫响应的差异基因,其中2个基因上调,参与细胞壁果胶降解过程;4个基因下调,参与细胞内淀粉与蔗糖代谢、果糖与甘露糖代谢以及细胞色素P450对外源物质代谢过程。(3)利用iTRAQ技术对低温贮藏下0和14 d的gib-3和WT番茄果实进行蛋白组学研究,结果如下:与WT相比,gib-3番茄果实差异蛋白的GO功能显著富集在细胞过程、定位、代谢过程、单一有机体过程、细胞、膜、细胞器、结合以及催化活性等功能。KEGG通路主要富集在内质网蛋白质加工、苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成、类黄酮代谢和谷胱甘肽代谢等通路。筛选出12个参与低温胁迫响应的差异蛋白,其中1个上调,参与谷胱甘肽代谢过程;11个下调,参与内质网蛋白加工、谷胱甘肽代谢和苯丙氨酸代谢等通路。
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