玉米黃質(zhì)在番茄中組成的積累緩解鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制和光氧化課件

玉米黃質(zhì)在番茄中組成的積累緩解鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制和光氧化

PhysiologiaPlantarum2012影響因子：3.656主要內(nèi)容1.背景&意義2.材料&方法3.結(jié)果4.討論1.背景&意義

鹽脅迫是降低植物生長和生產(chǎn)力的最重要的環(huán)境因子之一。許多遭受鹽脅迫的植物中的生長下降通常與光合能力的下降相關(guān)。鹽脅迫誘導(dǎo)的光合作用降低增加了過剩激發(fā)能的數(shù)量。如果過剩光能不能適當(dāng)?shù)暮纳ⅲ踔吝m度光照下光合機構(gòu)也可能被損傷，因此二次脅迫如ROS損傷，經(jīng)常發(fā)生。D1蛋白，是光系統(tǒng)II（PSII）反應(yīng)中心復(fù)合物的其中一種蛋白質(zhì)，可快速周轉(zhuǎn)，并用以反映PSII光抑制的程度。D1蛋白的從頭合成被細(xì)胞內(nèi)ROS含量的升高顯著抑制。此外，有研究表明，單線態(tài)氧能直接引起PSII的氧化損傷。事實上，許多研究表明鹽脅迫顯著增強了螺旋藻，大麥葉片，高粱，土豆和黑麥的PSII的光抑制和光損傷。Z在植物應(yīng)對過度光照脅迫中起重要作用。以往的報道主要集中在模型植物中Z在強光脅迫或低光強時的低溫脅迫，通過Z參與NPQ。然而，高等植物中Z應(yīng)對鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制仍不清楚。例如，Z的積累是否可以環(huán)境鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制和脂質(zhì)過氧化，是否可以在鹽脅迫條件下減少細(xì)胞內(nèi)活性氧的水平和降低D1含量？這可能是部分因為植物應(yīng)對鹽脅迫的一個典型反應(yīng)是光合的降低。結(jié)果是鹽脅迫葉片中光能的吸收超過推動CO2固定。甚至在適度光照下如果能量不能適度耗散時光合機構(gòu)可能被摧毀。在自然條件下，鹽脅迫往往和光脅迫聯(lián)合發(fā)生。因此，Z應(yīng)對鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制和光氧化的作用值得探究。檢測轉(zhuǎn)基因番茄植株中的LeZE蛋白（番茄的玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶）含量和mRNA，在冷脅迫之前和之后的反義轉(zhuǎn)基因植株中檢測到較高的Z含量，Z含量的積累增強了植物對弱光下冷脅迫的耐受性。為了解番茄中Z積累對鹽誘導(dǎo)的光抑制和光氧化的生理作用和作用機制，LeZE轉(zhuǎn)基因植物的反義抑制和野生型WT番茄被用于試驗。2.材料&方法植物材料和處理方法色素分析：RPHPLC（反相高效液相色譜法）鹽脅迫條件下WT和轉(zhuǎn)基因植物的生長功能：株高、鮮重、干重葉綠素?zé)晒夂蛢艄夂纤俾剩≒n）測定過氧化氫和超氧陰離子自由基的組化檢測定量測定過氧化氫的濃度和脂質(zhì)過氧化：測定丙二醛（MDA）相對電子電導(dǎo)測量(REC)D1蛋白的檢測：SDS、westernblotting3.結(jié)果3.1轉(zhuǎn)基因番茄植株較高的Z含量轉(zhuǎn)基因番茄植株的總V+A+Z沒有顯著變化(Table1)，但是反義轉(zhuǎn)基因植株的Z/(V+A+Z)比率顯著高于野生型植株，在鹽脅迫之前和之后(Fig.1A,Table1)。鹽脅迫后，野生植株中的Z含量顯著增加，但仍明顯低于反義轉(zhuǎn)基因植物(Fig.1A,Table1).在野生型植物，葉黃素循環(huán)色素的去環(huán)氧化率（Z+0.5A）/（V+A+Z）在5天鹽脅迫之后顯著上升。然而，反義轉(zhuǎn)基因植物中(Z+0.5A)/(V+A+Z)率仍顯著高于WT(Fig.1B)。這些結(jié)果表明，LeZE的抑制引起了鹽脅迫之前和之后的番茄中Z的積累。3.4鹽脅迫對野生型和轉(zhuǎn)基因植物的O2??andH2O2含量的影響分析NaCl處理的野生型和轉(zhuǎn)基因植物葉片細(xì)胞內(nèi)H2O2含量通過DAB和NBT染色。處理前H2O2和O·-2積累量低，野生型和轉(zhuǎn)基因植物無顯著差異。鹽脅迫后，H2O2和O·-2積累量上升(Fig.3A,B).WT組顏色是最深的，與轉(zhuǎn)基因組相比。這表明在暴露與鹽脅迫5天后，與轉(zhuǎn)基因組相比，WT植物的葉子顯著積累了更多的H2O2和O·-2。H2O2的定量分析顯示了類似的結(jié)果(Fig.4A).3.5鹽脅迫對野生型和轉(zhuǎn)基因植物的MDA含量和相對電解液泄漏的影響MDA的產(chǎn)生被用作膜脂過氧化的指示劑。在正常生長條件下，WT和轉(zhuǎn)基因植物中的MDA含量無顯著差異。鹽脅迫5天后，WT和轉(zhuǎn)基因植物中的MDA含量均顯著上升。WT組上升更多(Fig.4B).為了進(jìn)一步測試Z積累對鹽脅迫耐受性的影響，離子滲漏進(jìn)行了分析。鹽脅迫5天之后，WT和轉(zhuǎn)基因植物中的REC均上升。與WT相比，轉(zhuǎn)基因植物中的離子滲漏更低(Fig.4C).。結(jié)果表明鹽脅迫條件下轉(zhuǎn)基因植物中的膜損傷更高比WT組相比。3.6WT和轉(zhuǎn)基因組的凈光合速率Pn和Fv/Fm值對鹽脅迫的響應(yīng)WT組和轉(zhuǎn)基因組的植物Pn和Fv/FM測量以評估鹽脅迫的耐受性。在正常生長條件下，Pn無顯著差異。當(dāng)用200mMNaCl處理后，WT組和轉(zhuǎn)基因組的Pn均顯著下降，WT組下降更多(Fig.4D)。Fv/FM分析顯示了類似的狀況(Fig.1D).這些結(jié)果表明，在反義轉(zhuǎn)基因植物鹽脅迫時PSII的光抑制明顯減輕。4.討論鹽脅迫是一種可抑制光合作用的重要的環(huán)境因子。自然條件下，鹽脅迫經(jīng)常和光脅迫聯(lián)合作用。盡管有報道Z在植物應(yīng)對過剩光能脅迫的過程中起重要作用，但是在鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制中，Z的積累如何影響光合，細(xì)胞內(nèi)ROS含量，脂質(zhì)過氧化和過剩光能耗散，和D1蛋白含量仍不清楚。之前的研究表明Z在NPQ的形成過程中有重要作用。這種機制緩解了過剩激發(fā)能對PSII反應(yīng)中心的壓力，通過把過剩光能轉(zhuǎn)化為熱能。NPQ與Z量或A和Z的總量之間有良好的相關(guān)性。盡管當(dāng)暴露于鹽脅迫下時NPQ在野生型和轉(zhuǎn)基因植物均上升，但并無顯著差異(Fig.1C).。高Na+含量可能導(dǎo)致光合作用降低和產(chǎn)生活性氧。在鹽脅迫結(jié)合光脅迫條件下，活性氧主要形成于葉綠體中，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水平上的氧化損傷。H2O2和O·-2的組化檢測以及H2O2的定量分析表明Z在阻止過多ROS中起重要作用(Figs.3A,Band4A)。之前的研究表明Z可以保護(hù)光合機構(gòu)免受光脅迫，通過直接淬滅1O2和其他ROS。類囊體膜特別容易受到1O2啟動的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，因為它們富含不飽和脂肪酸。轉(zhuǎn)基因番茄植株中的O·-2andH2O2含量的減少可以緩解鹽脅迫下的過氧化損傷(Fig.4B).Z可能是類囊體膜雙層自身的一個關(guān)鍵的抗氧化劑，它能夠清除活性氧和終止脂質(zhì)過氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，并因此保護(hù)葉綠體膜免受光氧化反應(yīng)損傷。鹽脅迫增強葉綠體中的ROS的產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)率超過分解的速率更快，葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的部分ROS可以從葉綠體偏離，因此逃離位于葉綠體內(nèi)的有效抗氧化系統(tǒng)。然后將多余的活性氧可以從葉綠體轉(zhuǎn)移向細(xì)胞質(zhì)并攻擊質(zhì)膜。因此，膜滲漏發(fā)生。Z分子位于該蛋白質(zhì)-類脂交界處，Z分子存在脂質(zhì)基質(zhì)直接保護(hù)類囊體膜脂通過1O2淬滅和自由基清除。因此，與WT相比轉(zhuǎn)基因株系有更少的活性氧