MeJA对低温下油菜幼苗生长及生理的影响

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低温影响大多数植物的正常生长周期,导致作物产量的降低,严重时能造成植物的死亡。油菜是我国重要的油料作物,在西北地区广泛种植,冬季西北地区气温较低,因此,低温严重降低西北地区冬油菜的产量。很多关于其他作物的研究表明,茉莉酸甲酯(MeJA)的外源施用或者内源诱导能够增强农作物的耐寒性,但是对于MeJA缓解植物低温胁迫的具体调控机制及相关通路的研究鲜见报道。本研究以“陇油8号”油菜品种为实验材料,结合转录组测序技术,分析了外源MeJA缓解油菜低温损伤过程中相关的基因,从油菜幼苗ROS活性、渗透调节物质积累、膜损伤情况、抗氧化酶活性、光合作用相关指标以及细胞壁成分等方面,研究了MeJA调节油菜幼苗低温抗性的分子及生理机制,以期为MeJA缓解植物低温胁迫的调控机制提供新的理论依据。主要研究结果如下:1、用不同浓度的(0、0.001、0.01、0.1、0.5、1 mM)的MeJA喷施油菜幼苗,预处理24小时后进行4℃胁迫处理,与单独低温胁迫相比,油菜幼苗叶片的丙二醛含量有不同程度的降低,其中以0.1 mM的缓解作用最为显著,由此表明外源MeJA预处理能够有效减轻低温对油菜幼苗造成的损伤,增强油菜幼苗的低温抗性,并且缓解作用与所施用的MeJA浓度有关。2、利用RNA-Seq技术,对油菜转录组进行测序并进行差异表达基因的分析。基于比对结果,进行功能注释和富集分析、基因表达量分析,根据基因在不同处理的样本中的表达量,识别到差异基因13318个,其中有43个基因在三组处理中均差异表达。结合基因功能注释、GO和KEGG富集分析,最终筛选出18个分别与MAPK级联途径、Ca2+介导的信号转导、定位于叶绿体的抗逆相关基因及细胞壁合成相关基因作为候选基因,并结合qRT-PCR进行验证,验证结果与转录组结果保持一致。3、与单独低温胁迫相比,MeJA+4℃处理下的油菜幼苗的相对电导率、丙二醛含量、O2-积累量均有所下降,叶片相对含水量升高,促进了抗氧化酶相关基因的表达,显著提高了抗氧化酶活性,并且braICE1、braCOR、braSOD、braPOD、braCAT、braMAPK3、braMAPK5、braCPK4和braCPK5基因上调表达。结合转录组中结果,说明MeJA预处理能够缓解低温胁迫对油菜幼苗的损伤,增强油菜的低温抗性。4、与MeJA+4℃相比,U0126+MeJA+4℃、EGTA+MeJA+4℃处理油菜幼苗内的相对电导率、丙二醛含量、O2.-积累量显著升高,同时叶片相对含水量降低,抗氧化酶相关基因表达量降低,抗氧化酶活性降低。油菜braICE1、braCOR、braSOD、braPOD、braCAT、braMAPK3、braMAPK5、braCPK4和braCPK5基因下调表达,MeJA缓解油菜受到的低温损伤的过程中MAPK级联途径和Ca2+介导的信号转导途径有参与,并且这两个通路之间相互影响。5、与单独低温胁迫相比,MeJA+4℃处理的油菜幼苗叶绿素荧光参数、光合色素含量均有所升高,并且细胞壁中果糖果胶纤维素含量明显增高,细胞壁更为完整。与MeJA+4℃相比,U0126+MeJA+4℃、EGTA+MeJA+4℃处理油菜幼苗叶片的叶绿素荧光参数数值、光合色素含量均下降,果糖果胶纤维素含量明显降低,细胞壁不完整。说明低温胁迫能够影响植物的光合作用和细胞壁完整性,外源MeJA处理能够有效缓解其受损程度,这个缓解过程有MAPK级联途径和Ca2+介导的信号转导途径的参与。以上结果表明,0.1 mM的外源MeJA能够有效缓解油菜幼苗在低温下受到的细胞损伤,提高其光合作用能力并且有效保护细胞壁完整性。且外源MeJA能够诱导低温胁迫下油菜幼苗中braMAPKs、braCPKs的表达,MAPK级联途径和Ca2+介导的信号转导参与外源MeJA缓解油菜幼苗受低温损伤的过程,这能够进一步影响并刺激油菜幼苗的各种生理生化反应,增强油菜幼苗的抗寒性。
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