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类胡萝卜素在自然界中广泛存在,且具有多种生物学功能,如类胡萝卜素(玉米黄素和叶黄体素)可保护光合系统免受强光氧化破坏,进而提高植物的抗性;另外类胡萝卜素(紫黄素和新黄素)还是脱落酸(ABA)合成的前体物质,在逆境胁迫中起重要作用。盐胁迫严重危害植物的生长,导致作物产量降低。盐生植物为我们了解植物耐盐机理提供了很好的材料。以栽培番茄Solanumlycopersicon cv.Moneymaker及与其遗传背景非常相近的耐盐野生番茄Solanumpimpinellifolium(PI365967)为材料,进行Miroarray分析时找到了盐胁迫下表达上调的与类胡萝卜素合成相关的基因,表明类胡萝卜素合成途径在植物的盐胁迫反应中起着重要作用。进一步研究类胡萝卜素合成相关基因的表达与功能,将为提高植物的耐盐性提供理论基础。 为了探索类胡萝卜素合成途径对耐盐性的影响,我们首先检测了耐盐野生番茄S pimpinellifolium(PI365967)和栽培番茄S.lycopersicon cv.Moneymaker在盐胁迫下类胡萝卜素合成相关基因的表达、类胡萝卜素的含量及ABA的含量。在正常条件下,野生番茄中类胡萝卜素合成相关基因表达量显著高于栽培番茄。受到盐胁迫后,栽培番茄大多基因表达量显著提高;而野生番茄中,只有4个基因(CrtR-b1、CrtR-b2、Nxs、NCED)表达量显著提高。在盐胁迫前后,类胡萝卜素含量没有明显变化,但ABA的含量变化与基因的变化一致。盐胁迫前,栽培番茄的ABA含量仅为野生番茄的53.61%;200 mM NaCl处理5h后,ABA含量明显增加,达到野生番茄ABA水平;而野生番茄ABA含量基本不变。因此推测类胡萝卜素合成相关基因的高表达主要导致了下游ABA的积累。推测类胡萝卜素合成途径对植物耐盐性的影响可能主要是通过ABA的合成来实现的,而不是类胡萝卜素本身。由于野生番茄在正常条件下就具有较高水平的ABA,当遇到盐胁迫时,可以更快的响应胁迫,采取一系列保护机制来耐受不良环境,这可能是其相对于栽培番茄具有更高的耐盐性的生理基础。 为了进一步研究类胡萝卜素合成途径对耐盐性的作用机制,我们克隆了番茄中在盐迫下表达上调较高的CrtR-b2基因,将栽培番茄Moneymaker CrtR-b2(mmCrtR-b2)转化与番茄亲缘比较近的烟草,得到了正义和反义表达mmCrtR-b2的纯合转基因烟草。但mmCrtR-b2转基因烟草中ABA含量变化不明显,而且耐盐性也没有变化。 前人研究表明拟南芥的类胡萝卜素合成途径中的基因突变体npq1(Vde基因突变体)、szl1(Lcy-b基因突变体)和szl1npq1中玉米黄素减少,叶黄素循环的色素池变小,可能导致抗氧化作用缺陷;szl1和szl1npq1中叶黄素循环的受阻导致α-类胡萝卜素支路的产物叶黄体素(lutein)增加,大致可弥补抗氧化物不足造成的非光化学淬灭。我们对11个拟南芥类胡萝卜素合成相关突变体的耐盐性反应进行比较发现,在MS培养基上,这些突变体与野生型Col无明显差异,但在75 mM NaCl处理条件下,只有szl1和szl1npq1表现为对盐胁迫更敏感。这些结果表明叶黄素循环相关色素的缺失及抗氧化物的减少可能与对植物盐敏感性没有关系;而Lcy-b可能是拟南芥中盐诱导反应、包括ABA合成中比较重要的调控步骤。