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近年来的研究发现糖不仅可以作为代谢的底物,为生物体提供能量和碳源,同时也可以作为一种信号物质,参与植物的很多生理过程的调控,包括叶片的衰老。己糖激酶(HXK)是糖信号感知中一个非常重要的酶,不仅可以催化己糖磷酸化,而且可以感受己糖信号。目前的研究表明葡萄糖在光下促进叶片衰老可能是通过HXK介导。但是在黑暗条件下,有研究表明糖能延缓叶片的衰老。糖类似物是一类与己糖结构相似但不能进入糖酵解途径的化合物,现在已发现一些糖类似物虽然不能进入代谢途径,但却可以作为HXK的底物。本研究利用离体培养的方法,比较了糖类似物与葡萄糖对光下和暗中菜心离体叶片衰老中的影响,探讨糖信号在叶片衰老中的作用。
在光下,根据离体叶圆片的外观和相关衰老生理指标的分析,葡萄糖和可作为HXK的物的类似物甘露糖和2-脱氧葡萄糖处理明显的促进衰老,而不能作为HXK底物的类似物3-0-甲基葡萄糖以及仅具有渗透调节的甘露醇处理对衰老的影响和对照无明显区别。衰老相关基因的表达分析表明,糖、甘露糖和2-脱氧葡萄糖促进了叶片衰老特异基因SAG12表达的上调,促进组蛋白脱乙酰化酶(HADC)和异戊烯基转移酶(IPT)基因表达的下调,进一步说明上述糖和糖类似物对衰老的促进作用。葡萄糖和甘露糖处理的叶片中的ATP的含量与对照无显著性差别,对呼吸作用略有促进,而2-脱氧葡萄糖却显著降低ATP含量,加速呼吸作用的下降,说明糖及糖类似物在光下可能不是通过能量起作用促进叶片衰老。
在光下,糖和糖类似物(甘露糖和2-脱氧葡萄糖)处理促进了糖信号的Marker基因叶绿素a/b结合蛋白(CAB)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶小亚基(RBCS)基因表达的迅速下调,甘露糖和2-脱氧葡萄糖比葡萄糖处理更明显地促进了天冬酰胺合成酶(ASl)、己糖激酶(HXK)、和磷脂酶D(PLD)的表达,而病原相关蛋白(PRl)的表达不受糖及糖类似物的影响。在光下,各糖信号的Marker基因的表达模式基本与别人研究的所得的表达模式基本符合,说明糖在光照条件下可能启动了不同的糖信号途径。
在暗中,根据离体叶圆片的外观和相关衰老生理指标的分析,葡萄糖处理明显的延缓衰老,而能作为HXK底物的类似物甘露糖处理对衰老的影响和对照无明显区别,都对衰老没有明显的延缓作用。衰老相关基因的表达分析表明,葡萄糖延缓了叶片衰老特异基因SAG12表达高峰的出现和HADC基因表达的下降,促进IPT基因表达的上调,可以作为HXK的底物的糖的类似物甘露糖对这几个基因表达的影响却不同与葡萄糖,进一步说明暗中葡萄糖对衰老的延缓作用。葡萄糖处埋的叶片中的ATP的含量明显高于对照,对呼吸作用也有促进,而甘露糖却显著降低ATP含量,加速呼吸作用的下降,说明糖在暗中可能通过能量起作用延缓叶片衰老。
在暗中,糖处理延缓了糖信号的Marker基因CAB、RBCS、HXK、PR1和PLD的表达的下降,而AS1的表达在培养前期受糖及糖类似物抑制。在暗中,各糖信号的Marker基因的表达模式光照条件下的所得的表达模式有很大的差异,说明糖在黑暗条件下可能启动了其他的途径影响了叶片的衰老。
综上所述,从生理指标和基因表达的结果可见,糖在光下和暗中作用不同。在光照条件下糖可能是作为一种信号影响到叶片衰老的过程,而在暗中糖更可能是起到能量的作用影响叶圆片的衰老。