西瓜砧木接穗互作的木质素合成和叶片蛋白质组分析

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嫁接体的发育是一个以维管束功能恢复为主的砧木和接穗间结构和功能重构贯通的过程。木质素在导管细胞壁的沉积是维管束贯通的前提,而在茎上除维管束以外部位的沉积,也是构成植物机械支撑作用和嫁接愈后伤口覆盖,防止病菌侵害的重要的屏障 。木质素是嫁接体发育建成的重要功能物质。嫁接亲和机理涉及砧木接穗二者的生理生化相似性,对砧木和接穗中相关生理过程进行比较研究亦非常重要。本文以葫芦砧木品种“将军”为砧木材料,西瓜品种“早佳(8424)”为接穗,研究了嫁接开始到嫁接后15d内西瓜/葫芦嫁接体发育过程中砧木和接穗部分木质素含量及其代谢相关酶的活性变化。结果表明,嫁接体发育过程中接穗和砧木双方木质素的含量随苗龄的增加而逐渐增大,生物合成加快,嫁接6d的木质素组织学染色深度及范围大于3d,未嫁接对照的砧木和接穗中木质素含量增加缓慢;砧木及接穗对照的过氧化氢含量随苗龄的增加而缓慢增加,嫁接体双方的过氧化氢含量骤增;对照砧木和接穗中过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性随苗龄略有增加,而嫁接体中CAT及POD活性激增且与愈合过程高度相关;嫁接及未嫁接对照的POD同工酶电泳表现明显差异;苯丙氨酸解胺酶活性呈随苗龄的增大而略有下降的趋势;肉桂醇脱氢酶活性随苗龄的增加对比POD和CAT增幅大。嫁接体中,砧木及接穗部分的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解胺酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)等的活性均明显高于对照,嫁接处理中接穗和砧木中POD活性在15d内持续升高, H2O2含量和CAT活性于嫁接后9-12d出现高峰,砧木中PAL活性于9d时有活性高峰而接穗一直保持较高活性,嫁接处理中木质素含量和CAD活性持续增长并远高于未嫁接对照。在本实验室使用过的砧木品种中,“将军”砧木的亲和性最高,比较几种酶的活性,葫芦砧木木质素的代谢水平高于西瓜接穗,木质素代谢水平可以作为筛选砧木的参考依据。 “植物-植物互作”是一类典型的生物互作例子。使用适宜的砧木嫁接后,接穗获得的显著的生长及抗逆优势,深入研究嫁接体系中两种不同来源植物的相互整合以及互作效应有助于对这一特殊的生物互作显现加以解释。以西瓜接穗“早佳8424”自根苗为对照,分别将西瓜嫁接到南瓜、葫芦和野生西瓜上,取嫁接后30天的新生叶片,以TCA-丙酮法获得蛋白沉淀,以7 M urea, 2M thiourea, 4% w/v CHAPS, 1% v/v plant protease inhibitor cocktail, 2% v/v pH 4–7 IPG buffer,65mM DTT裂解液裂解后进行双向电泳。使用13cm、pH4-7的IPG干胶条(Amersham Biosciences),二向SDS-PAGE在Thermo EC system (Thermo Life Sciences)和Baist 005(Shanghai Banghua)上进行,使用12.5%的SDS-PAGE凝胶,以琼脂糖封胶后进行电泳, 蛋白完全进入凝胶前使用15mA电流, 其后使用40mA电流,约进行6小时电泳。 确认超过1000个检测蛋白点具有良好的重复性,超过750个group的蛋白点被匹配。确认结果为,在南瓜砧、葫芦砧和野生西瓜砧的嫁接处理中,分别有24、62和57个蛋白被鉴定为上调蛋白,13、18和10个蛋白点被鉴定为下调蛋白,其中16个蛋白点在三个砧木嫁接处理中表现明显的易调控性。根据蛋白的分子量和等电点及相关的蛋白质组数据,确认其中一个蛋白为Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO),该点在野生西瓜和南瓜砧的嫁接处理中明显上调,而在葫芦砧木嫁接处理中与对照处于同一表达水平。
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