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温度胁迫是影响植物生长发育的主要非生物胁迫因子之一。极端温度会引起植物细胞内膜质过氧化作用,影响叶绿素合成,抑制光合作用,引起活性氧大量积累,进而严重影响作物的产量和品质。在极端温度下,高等植物会通过调节不同的生理活动,激活防御机制来清除活性氧,重建细胞内氧化还原平衡。芹菜(Apium graveolensL.)是伞形科(Apiaceae)两年生草本植物,也是我国和世界上重要的伞形科蔬菜作物之一。温度胁迫已经成为影响我国和世界主要芹菜生产国芹菜产量和品质的重要因素之一。为了在蛋白质水平和转录水平研究芹菜响应温度胁迫的分子机制,分析芹菜高低温对叶绿素(chlorophyll,Chl))和抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)相关基因的转录调控,本试验通过蛋白质组学鉴定出芹菜中与叶绿素合成相关的蛋白质,测定温度胁迫下芹菜叶绿素和AsA含量及相关基因的表达水平。本论文的主要结果如下:1、分别以4℃、25℃和38℃处理24 h后的’文图拉’作为试验材料,根据Lichtenthaler的方程计算叶绿素a和叶绿素b的含量,根据实时定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析叶绿素合成及降解相关基因的转录水平。芹菜叶在温度胁迫下,叶绿素含量显著降低,与叶绿素合成相关的15个基因表达量也呈相似趋势。高温对芹菜叶绿素的抑制比低温更强,可能与AggltX、AgHEMA、AgHEMB、AgCHLH-H、AgCRD和AgHEME等基因的表达量在高温中下降程度更大有关。通过蛋白质组学鉴定的镁离子螯合酶(magnesium chelatase,Mg-chelatase)和谷氨酸-1-半醛转氨酶(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase,GSAT)的转录和翻译不具明显的相关性。蛋白质组学分析说明高温抑制芹菜叶的光合作用,而大量参与糖酵解作用、氨基酸代谢、蛋白质代谢、抗氧化作用的蛋白质受低温诱导加强。芹菜中参与多种代谢途径的蛋白质建立了温度胁迫响应网络以适应极端环境。2、以三个生长阶段(35、50和65天)芹菜’文图拉,和’六合黄心芹’的叶片和叶柄作为实验材料,选取了 19个和抗坏血酸合成、降解和循环相关的基因,测定不同生长阶段、植物品种、植物组织对AsA含量和相关代谢基因的表达。’文图拉’叶片和叶柄中AsA含量均比’六合黄心芹’高,与AgGalDH、AgGalLDH和AgGR等抗坏血酸合成和循环基因的转录调控有关。实验结果表明甘露糖/L-半乳糖途径是芹菜抗坏血酸合成的重要途径。在’六合黄心芹’中,半乳糖醛酸途径在叶柄中抗坏血酸积累发挥的作用比叶片中大。AsA水平随芹菜生长阶段、组织和品种而变化。3、根据Kampfenkel等的方法对温度胁迫后的芹菜’文图拉’叶中AsA含量进行测定,利用实时定量PCR分析抗坏血酸合成、降解和循环相关的26个基因在极端温度下的表达趋势。AsA含量在高温或低温胁迫后均呈降低的趋势。甘露糖/L-半乳糖途径作为芹菜抗坏血酸合成的主要途径,大部分参与此途径的基因表达都受到了高低温的影响。AgGalDH和AgGaHLDH参与抗坏血酸合成的最后步骤,表达量在温度胁迫下明显降低,与抗坏血酸变化趋势相同,可能是抗坏血酸合成被抑制的重要原因。AgGalUR在温度胁迫后大幅度上调,说明极端温度诱导半乳糖醛酸途径加强。在极端温度下,不同类型APX同工酶的基因表达趋势不同。芹菜温度胁迫下抗坏血酸的积累和相关基因的表达说明芹菜叶中抗坏血酸代谢是通过复杂的调控网络决定的。上述结果说明,芹菜叶会通过加强或减弱相应的生理活动来适应温度胁迫,高低温会降低芹菜叶中叶绿素和AsA含量,相关基因的转录表达对叶绿素和抗坏血酸的积累有重要作用。本文较为系统地分析了芹菜叶对温度的响应机制,研究结果对芹菜抗逆育种也具有较为重要的参考意义。