NaCl胁迫下枸杞脯氨酸代谢的分子生理机制

• 作 者: Richard John Tiika
• 机 构: 甘肃农业大学
• 出 处: 甘肃农业大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 黑果枸杞 NaCl胁迫 脯氨酸 代谢酶 基因表达
• 基金项目: Department of Science and Technology of Gansu Province,Natural Science Foundation of Gansu Province, 20JR10RA530, Study on Proline Metabolism Pathway of Lycium ruthenicum under Salt Stress, 2021-02 to

盐胁迫通过干扰植物正常的生理生化过程使植物生长受损。植物在长期的适应过程中进化出了一系列抵御机制,其中细胞内渗透调节物的积累是植物面对逆境胁迫过程的常见反应。脯氨酸作为一种重要的渗透调节物,在植物应对盐胁迫的过程中发挥着重要的作用。黑果枸杞是一种多年生灌木,同时也是典型的盐生植物,多分布于干旱和半干旱地区,由于其具有抗旱和抗盐的特殊生理特性,是荒漠化防治和治理盐碱地的先锋树种。前期对不同种源黑果枸杞的耐盐性分析结果表明,随介质中NaCl浓度的增加,黑果枸杞叶片中积累的脯氨酸含量急剧增加,可见,脯氨酸的积累在黑果枸杞适应盐渍化环境的过程中发挥着重要的作用。但黑果枸杞体内积累的脯氨酸生理作用以及合成和降解的代谢分子调控机制尚不清楚。因此,本实验以黑果枸杞为材料,分析盐处理下的生物量、脯氨酸、抗氧化物酶活性、脯氨酸代谢关键酶等的变化,并分析脯氨酸关键酶合成基因的表达模式,以期为进一步研究黑果枸杞的脯氨酸分子调控机制提供依据。主要结果如下:1.黑果枸杞幼苗的生长受介质中NaCl浓度的影响,在50和150 mmol/L NaCl处理下,株高和根长维持稳定,各器官的生物量显著增加。黑果枸杞具有较强的耐盐性,一定浓度的NaCl可以促进其生长。2.随着盐浓度的增加,各组织中的可溶性蛋白含量、SOD和CAT活性先增加后下降,均在150 mmol/L NaCl处理下达到最大值,各组织中的脯氨酸含量持续增加,POD活性则随着NaCl浓度的增加持续下降。3.随着NaCl浓度的增加,脯氨酸代谢酶P5CS、P5CR和OAT的活性持续增加,Pro DH的活性则持续下降。脯氨酸含量和脯氨酸代谢酶之间呈现显著正相关。黑果枸杞体内的脯氨酸合成通路在低浓度NaCl处理下以Glu为主,高浓度NaCl处理下以Orn为主。4.从黑果枸杞的转录组数据库中共筛选到5个LrP5CS、1个LrP5CR、3个LrOAT、4个LrPro DH和2个LrP5CDH类似基因。它们在不同组织中均有表达,且受不同浓度NaCl不同程度的诱导。5.相较于250 mmol/L NaCl处理,基因LrP5CS2、LrP5CS3、LrP5CR1、LrOAT2、LrP5CDH2、LrPro DH2和LrPro DH3在50 mmol/L NaCl下表达量显著增加,分别增加了0.7、23.9、26.1、24.4、6.7、32.1和26.1倍。而与50 mmol/L NaCl相比,250 mmol/L NaCl下只有LrP5CS1和LrOAT1的表达量增高（9.4倍和1.7倍）。这意味着对黑果枸杞而言,50 mmol/L NaCl处理是多数与脯氨酸积累相关基因的最理想条件。综上所述,黑果枸杞通过生理指标、抗氧化物活性和脯氨酸代谢酶活性的变化,在盐胁迫过程中发挥抵御作用。