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在受到外界非生物胁迫如高温、低温、盐和干旱等胁迫时,植物能够改变脂肪酸的不饱和程度来应对所受到的胁迫。目前,人们对不饱和脂肪酸在植物的冷和热胁迫方面的作用研究比较深入,而对不饱和脂肪酸在植物耐盐性上的作用研究还比较少。我们的研究表明,不饱和脂肪酸在植物的耐盐性上同样起到了非常重要的作用。拟南芥中,Fad2编码一个定位于细胞内质网中ω-6脂肪酸去饱和酶,在突变体fad2中,脂肪酸18∶2的含量减少,底物18∶1的含量增高;Fad6编码定位于叶绿体中的ω-6脂肪酸去饱和酶,在突变体fad6中,质体中16∶2、16∶3和18∶2的减少,底物18∶1和16∶1含量增多。在这两个突变体中,脂肪酸的不饱和程度都得到了降低,我们以此为实验材料,研究了不饱和脂肪酸对植物的耐盐性的影响。实验结果如下:
(1)突变体fad2中Fad2蛋白活性位点附近发生了一个点突变(A104T),造成突变体fad2油脂组分发生变化。正常的Fad2基因能够恢复突变体的油脂组成,而突变的基因fad2不能恢复其油脂组成。
(2)RT-PCR和GUS染色的结果表明,Fad2在拟南芥的各个时期和各个组织中组成型表达;实时定量PCR结果表明Fad2的表达受到NaCl和mannitol的轻度调控。
(3)在酵母中,异源表达拟南芥Fad2可以提高酵母的耐盐性。
(4)相比野生型,突变体fad2对NaCl、mannitol和KCl处理敏感。在高盐胁迫下,突变体fad2的存活率明显下降。Fad2能够恢复突变体的所有敏感表型。说明脂肪酸不饱和程度的下降造成了突变体fad2对NaCl和mannitol处理敏感。
(5)盐胁迫下,相比野生型,突变体fad2中细胞的离子均衡遭到了破坏。进一步研究表明,突变体fad2中,液泡膜的脂肪酸18∶2含量减少,18∶1含量增高;NaCl处理下,突变体fad2的Na+/H+交换蛋白的活性降低。
(6)盐胁迫下,相比野生型,突变体fad2中的MDA含量升高,抗氧化酶的活性降低。
(7)拟南芥中过表达Fad2基因,转基因植物油脂的没有明显改变。
(8)突变体fad6中Fad6蛋白在跨膜结构区域发生了一个点突变(G160R),造成了fad6突变体不饱和脂肪酸发生改变的表型。
(9)RT-PCR和GUS染色的结果表明,Fad6在拟南芥的各个时期和各个组织中广泛表达,在果荚和根中表达较低,在根尖中不表达,在叶、茎和花中表达较高;实时定量PCR结果表明Fad6的表达受到NaCl和mannitol的调控。
(10)在盐胁迫条件下,突变体fad6种子的萌发和野生型没有显著性差异,而fad6幼苗的生长对NaCl和KCl处理敏感,并且在高盐胁迫下,fad6的存活率明显下降,说明脂肪酸不饱和度的降低造成了突变体fad6的生长对NaCl的敏感。
(11)NaCl处理下,fad6中,细胞的离子均衡、抗氧化酶的活性和细胞的完整性受到影响。
(12)拟南芥中过表达Fad6基因,转基因植物油脂的发生少许改变。
总之,拟南芥去饱和酶Fad2和Fad6通过调节植物自身的不饱和脂肪酸组成影响了植物的耐盐性。