镉胁迫下小白菜自噬作用机制研究

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xtljj
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小白菜(Brassica campestris L.ssp.Chinesis Makino)已成为市场中必不可缺的蔬菜品种之一。以当今社会关注度较高的重金属镉(Cd)为例,动物中细胞自噬对Cd抵御功能的研究比较清楚,而植物中却知之甚少。本文用重金属镉营养液培法培养小白菜32d,镉浓度分别为2mg·L-1、4mg·L-1、6mg·L-1、8mg·L-1和对照组(CK),具体方法结果如下:(1)采用营养液培法研究了镉胁迫下小白菜自噬组生长量、叶绿素荧光、活性氧(ROS)、抗氧化酶活性、叶肉细胞和根细胞形态结构观察。结果表明:随Cd2+浓度增加,小白菜根中镉含量显著性增加;根系变短,叶色褪绿,小白菜鲜干重显著下降,在镉胁迫下小白菜生长受抑并产生自噬;当Cd2+浓度小于8mg/L时,根细胞中出现质壁分离、线粒体肿胀、内质网结构受破坏,在2、4、6mg/L处理小白菜根中液泡发现明显的自噬体且自噬体数量依次增加;然而8mg·L-1处理组中,细胞壁破损严重,细胞器破碎且细胞核解体,自噬体数量明显减少,这可能与高浓度、长时间下,超过小白菜根系镉耐受范围所致。此外,与CK相比,镉处理组中叶肉细胞的结构出现受损症状,即叶绿体结构出现空泡化,类囊体减少且结构变薄,基粒变薄减少,细胞壁有不规则的折叠弯,在8mg·L-1时细胞壁消失,出现大液泡。叶绿素荧光参数Fm、Fv/Fm和Qp显著降低,而Qp、Y(NPQ)显著升高,SPAD值则“先升后降”;H2O2、O2-·均呈上升趋势,O2-·增幅较H2O2大;SOD、CAT、及APX为“先升后降”,GSH-Px为显著性上升;O2-·含量增高是细胞内源性氧化应激和细胞器遭破坏产生了大量ROS,激活自噬细胞信号,产生自噬小体形成,因而说明镉应答可激活小白菜发生自噬;在小白菜耐镉胁迫过程中超过一定阈值或者自噬发生不足就会引发小白菜DNA损伤和细胞程序性细胞死亡。(2)利用Western Blotting检测自噬组与对照组中H3K9ac、H4K5ac、H3ac、H3K4me2和H3K9me2蛋白表达水平变化。结果表明:随着镉浓度升高,在自噬的实验组中H3K9ac表达水平持续升高;而H3K4me2、H3K9me2、H4K5ac及H3ac的表达水平则先升高再降低。(3)将自噬组和对照组的小白菜根提取RNA进行转录组测序。结果为:通过转录组得到114.96Gb高质量的Data,Q30碱基百分比均达到88.82%以上。将各组的Clean Reads与油菜Z11-NCBI参考基因组进行比对,每组比对效率均在79.21%-82.78%之间。将各组Clean Reads分别和GO、COG和KEGG进行比对。在GO数据库中注释主要有细胞过程、细胞、蛋白结合;在COG数据库中主要有一般功能基因、碳水化合物运输与代谢、防御机制;在KEGG中主要代谢有植物激素信号转导、苯丙素生物合成、植物病原互作等。将筛选到的自噬差异基因与三大数据库对比结果如下:在GO数据库注释结果与上述一致;在COG数据中注释主要与信号转导机制、一般功能分析有关及碳水化合物代谢;在KEGG数据库注释主要与内吞、调节自噬有关。对差异基因注释和自噬差异基因注释进行对比发现:1、GO数据库注释结果中说明自噬基因参与一般代谢过程。2、自噬通路激活主要与信号转导,一般功能分析,碳水化合物运输与代谢有着密切联系。
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