NO和冷信号对桃果实鞘脂代谢的调控作用

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桃果实属于冷敏性果实,低温储藏容易发生冷害。细胞膜是感受冷胁迫的重要部位之一,而鞘脂是细胞膜的重要组成成分,同时也是重要的信号转导分子,可以参与细胞凋亡、细胞增殖与对抗环境胁迫等过程,对于维持细胞正常生理功能有重要的作用。磷脂酶Dα(PLDα)作为一种重要的鞘脂,能催化磷酸二酯键水解和碱基交换,其水解产物磷脂酸(PA)可以作为第二信使,参与植物信号转导过程,在对环境胁迫的应答中起着重要的作用。一氧化氮(NO)是一种具有脂溶性的生物活性小分子,对缓解采后桃果实冷害具有重要作用。NO是作为响应冷胁迫的重要因子,能有效地响应冷胁迫并维持采后果蔬储藏品质,但是对于NO在冷胁迫下对鞘脂组分和鞘脂代谢的影响方面的研究还比较少且不系统,因此,探明外源NO和冷信号对鞘脂代谢的调控机制,对于缓解果实冷害,维持果实品质具有重要意义。本实验以采后肥城桃果实为实验材料,用15μmol L-11 NO溶液和5μmol L-1 c-PTIO溶液处理桃果实,将处理后的桃果实分别置于0°C和25°C下贮藏,借助分子生物学手段得到了肥城桃PLDα的基因全长序列以及氨基酸序列,通过化学检测手段得到了鞘脂代谢关键酶活性以及关键鞘脂含量。PLDα蛋白序列发现,该蛋白序列存在2个HKD基序,两基序间隔320个氨基酸;亲水性平衡系数为-0.417,说明PLDα蛋白为疏水性蛋白;系统进化树发现,桃果实PLDα蛋白与草莓PLDα蛋白二者亲缘关系最近;三维结构模拟存在的“洞穴”结构可以很好地解释该蛋白的疏水性;蛋白修饰预测分析表明,PLDα蛋白的谷胱甘肽化反应比亚硝基化反应更容易进行;从实时荧光定量PCR结果来看,低温能提高PLDα基因表达水平,而NO则能降低PLDα的基因表达水平;鞘脂代谢关键酶活性和关键鞘脂含量测定结果显示,在储藏过程中,外源NO处理的桃果实中鞘脂含量有所升高,同时外源NO处理也提高了桃果实中3-酮基二氢鞘氨醇还原酶(3KSR)、鞘氨醇激酶(SPHK)、神经酰胺合酶(CERS)、神经酰胺激酶(CERK)、鞘磷脂合酶(SMS)等鞘脂代谢关键酶的活性,在低温情况下结果则相反。以上结果表明,PLDα蛋白序列中含有催化水解的活性部位HKD基序,而PLDα能在这个活性部位上调控PA的生成进而参与植物对环境冷胁迫的应答;外源NO与冷信号在调节PLDα的基因表达水平的过程中为拮抗作用,外源NO能通过降低PLDα的基因表达水平来降低PA的产生,进而降低活性氧的含量,保护细胞不受损伤,降低采后桃果实储藏期间冷害的发生;外源NO和冷信号在桃果实细胞增值与凋亡方面互为拮抗作用,外源NO还能通过调节信号分子的含量维持桃果实在储藏期间细胞增殖与凋亡的动态平衡,进而维持桃果实的储藏品质;NO和冷信号在维持鞘脂代谢水平方面互为拮抗作用,外源NO能通过维持鞘脂代谢关键酶的活性,以保证鞘脂物质的顺利合成,从而保持鞘脂代谢水平,增强膜的稳定性,维持细胞正常生理功能,延缓果实品质的降低。
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