基于根部/地上部互作的番茄低温系统抗性反应机制

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番茄是温室栽培的主要蔬菜作物之一,其生长发育极易受到外界不利环境条件的影响。低温弱光下番茄的生长、产量和品质都会受到影响。植物是一个整体,地上部与根系有着极大的相关性,研究基于地上部与地下部互作的低温系统抗性对于解析番茄低温抗性机制有着很大的帮助。嫁接是研究信号传导的经典手段,通过换根很容易检测到是否有信号物质的上下运输。本文以嫁接为手段,从抗性指标检测、抗性基因表达等方面研究了根部(地上部)低温处理对地上部(根部)低温抗性的影响,以及ABA、RBOH1在低温抗性中的系统调控作用。1.研究了番茄根部低温处理对地上部低温抗性反应的影响。我们选用番茄野生型植株根部低温4℃处理,分别检测了地上部植株表型、相对电导率、气孔变化、H2O2含量以及低温抗性相关基因表达。同时测定了 ABA缺失突变体植株not气孔发育情况以及在根部低温情况下的气孔运动情况,检测了砧木为not的嫁接植株WT/not在根部低温处理下地上部相关基因的表达。研究发现,根部低温会短时间内导致地上部萎蔫,后逐渐恢复,气孔先关闭后打开,相对电导率增加,H2O2积累显著增加,抗性相关基因都显著上调,包括ABA合成关键基因NCED1、NCED4、NCED6,ABA信号正向调节相关基因ABI5,抗冷CBF途径相关基因COR47,编码NADPH氧化酶的基因RBOH1,以及HY5信号途径基因HY5、COP1,系统抗性关键基因NPR1等。not植株比野生型植株气孔密度显著增加,气孔开度显著增大,气孔对ABA敏感性减弱,根部低温不能诱导气孔开度产生明显变化。WT/not植株根部低温处理后叶片的以上基因表达没有明显上调。以上结果表明,番茄根部低温诱导了地上部系统抗性反应,气孔运动变化,H202积累,ABA、CBF、HY5途径相关基因的表达。转录水平的诱导需要根部ABA的介导。2.研究了地上部低温对根部抗性反应的影响以及ABA和RBOH1的作用。我们以番茄野生型植株为试材,放于人工气候箱4℃处理,根部水温控制在常温,研究了植株表型、气孔、根部ABA合成、CBF相关基因表达的响应变化。并以野生型做砧木的嫁接植株WT/WT、not/WT、rboh/WT为试材进行地上部低温处理,研究了 ABA合成、CBF途径相关基因表达的响应变化。此外,为了检测根源和叶源ABA在番茄低温抗性中所起的作用,采用嫁接植株WT/WT、WT/not、not/WT、not/not进行了 4℃低温处理,研究了低温胁迫7d植株表型、相对电导率、Fv/Fm以及MDA含量。结果显示,地上部低温短时间内不会导致根部相对电导率的变化,但会诱导气孔关闭,会诱导根部ABA合成关键基因NCED1、NCED4、NCED6,ABA信号途径正向调节相关基因AREB、RD22-LIKE、SIT、AIM1、FLA等的显著上调,也能诱导抗冷CBF途径相关基因CBF1、CBF2、CBF3、COR47等的显著上调。地上部ABA缺失、基因RBOH1沉默则会导致地上部低温诱导的根部ABA合成基因NCED1、NCED6和CBF相关基因CBF1、CBF2、CBF3的上调倍数降低或不上调。而WT/WT、WT/not、not/WT、not/not嫁接植株低温处理7天后,从表型、相对电导率、Fv/Fm、MDA数据得出,四种嫁接植株抗性依次减弱。以上结果表明,地上部低温短时间内对根部影响较小,但是仍然会诱导根部ABA合成及信号、CBF途径相关基因表达的上调,地上部ABA合成缺失、RBOH1基因沉默后,会削弱这种诱导效果。根源和叶源ABA在番茄低温抗性中均起作用。3.研究了光照在番茄地上部低温诱导根部HY5表达和ABA积累中的作用。我们以番茄野生型植株为试材,在光照/黑暗下分别进行根部常温同时地上部低温处理,检测了处理12h时根部HY5、COP1、NCED1和NCED6的基因表达,以及12h时根部ABA含量。结果显示,地上部低温处理,在光下以上基因明显上调,黑暗下没有显著上调,光下ABA含量显著增加,黑暗下没有明显变化。说明了光参与了地上部低温对根部HY5和ABA合成相关基因上调表达的诱导以及地上部低温诱导的根部ABA积累。
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