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(zhǎng)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(zhǎng)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?，甚至適度光照下光合機(jī)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(shí)上，許多研究表明鹽脅迫顯著增強(qiáng)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(duì)過度光照脅迫中起重要作用。以往的報(bào)道主要集中在模型植物中Z在強(qiáng)光脅迫或低光強(qiáng)時(shí)的低溫脅迫，通過Z參與NPQ。然而，高等植物中Z應(yīng)對(duì)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?yàn)橹参飸?yīng)對(duì)鹽脅迫的一個(gè)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(dòng)CO2固定。甚至在適度光照下如果能量不能適度耗散時(shí)光合機(jī)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(duì)鹽脅迫誘導(dǎo)的光抑制和光氧化的作用值得探究。檢測(cè)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(cè)到較高的Z含量，Z含量的積累增強(qiáng)了植物對(duì)弱光下冷脅迫的耐受性。為了解番茄中Z積累對(duì)鹽誘導(dǎo)的光抑制和光氧化的生理作用和作用機(jī)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(yàn)。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(zhǎng)功能：株高、鮮重、干重葉綠素?zé)晒夂蛢艄夂纤俾剩≒n）測(cè)定過氧化氫和超氧陰離子自由基的組化檢測(cè)定量測(cè)定過氧化氫的濃度和脂質(zhì)過氧化：測(cè)定丙二醛（MDA）相對(duì)電子電導(dǎo)測(cè)量(REC)D1蛋白的檢測(cè)：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(duì)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(duì)野生型和轉(zhuǎn)基因植物的MDA含量和相對(duì)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(zhǎng)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(cè)試Z積累對(duì)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(duì)鹽脅迫的響應(yīng)WT組和轉(zhuǎn)基因組的植物Pn和Fv/FM測(cè)量以評(píng)估鹽脅迫的耐受性。在正常生長(zhǎng)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(shí)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(bào)道Z在植物應(yīng)對(duì)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(jī)制緩解了過剩激發(fā)能對(duì)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(shí)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(cè)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(jī)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(dòng)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，因?yàn)樗鼈兏缓伙柡椭舅?。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(gè)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(qiáng)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