马铃薯抗冷机制马铃植株冷驯化期间基因表达糖和聚胺机制变化

1、文献汇报文献汇报gene expression in potato during cold exposure:changes in carbohydrate and polyamine metabolisms马铃薯植株冷驯化期间基因的表达：糖和聚胺机制的变化if=4.114contents 前言前言 结果结果 讨论讨论 4123材料与方法材料与方法前言： 冷、盐和干旱胁迫对植物的生长、产量和发育有重要的影响。冷和干旱对植物的响应及其相似和盐胁迫相比。当植物暴露在低温中，很多基因被诱导，这些基因可能直接应对胁迫，也可能通过控制其他靶基因的表达间接的应对胁迫。很多研究表明基因转录水平上调来响应冷胁

2、迫。 对內源聚胺（pa）的变化响应环境胁迫包括冷胁迫的详细报道很少。最近研究发现，游离的聚胺类包括腐胺（put）、亚精胺（spd）和精胺（spm）是活性氧的清除剂，另外还能调控应激基因的表达。 现在的工作描述了马铃薯叶片在低温下的响应，对三种不同基因型的马铃薯进行微阵列分析。在本论文中，我们研究了低温对于马铃薯叶片碳水化合物（糖类和多元醇）和聚胺机制的影响；讨论了微阵列分析的结果，包括碳水化合物和聚胺类生物合成机制中的酶。材料与方法：材料与方法：材料：三种基因型的马铃薯 （1）二倍体 s. phureja（chs） （2）双单倍体 s.tuberosum（ps3） （3）四倍体 s. tube

3、rosum （des）处理方法： 马铃薯植株放在7/2，对照放在21/18。冷处理和对照组分别在0、1、3、8天取马铃薯植物叶片（只取最上边第一和第二片）。植物叶片放在-80下保存。结果：经过21天4处理后半致死温度lt50在三个品种的变化 半致死温度：包括低温半致死温度和高温半致死温度。低温半致死温度是指在该温度时，植物达到半致死状态，当温度继续低于该温度时，植物所受的伤害将不可恢复甚至死亡。与高温半致死温度同理。 从图中可以看出，des品种经过21天的驯化和其它俩个品种比较没有发生显著性的差异，chs和ps3半致死温度都显著的降低了，说明des品种和其它俩个品种相比不能适应寒冷胁迫。三中品

4、种在驯化1、3天后基因上调和下调的数量。在三种品种中经过3天的冷处理后将显著性上调和下调的基因分为了13组。在ps3中羟基丙酮酸还原酶下调表达，这个酶涉及到乙醛酸和二元羧酸盐机制的碳水化合物水平；另外光合作用相关的基因大幅度下调，从而抑制叶绿素a/b结合蛋白，抑制叶绿体放氧增强子蛋白；转到因子的下调在ps3中时最弱的。 这里我们做出了一些分析，我们继续往下做关于独特的通路、通过生物化学的方法证实数据、候选基因的表达经过八天的冷处理期间。经过冷处理后氨基酸代谢和碳水化合物代谢相关基因表达方式是不同的，并且基因调控的程度是有物种差异的。所以，要对一些基因进行进一步的研究，并对相关代谢包括糖代谢和聚

5、胺代谢做更深入的探索。 在冷驯化过程中endo- -glucan glucosidase (bq119085, stmeh13)（内切葡聚糖酶）基因在ps3中保持恒量不变，在chs中只有轻微的上调，在des中驯化后基因显著上调； galactinol synthase (cv497135)（肌醇半乳糖苷合酶）在经过冷驯化一天时des和ps3表达达到顶峰，然后下降，在chs中三天时达到顶峰然后下降。 raffinose synthase (bq600526)（棉籽糖合成酶）； sucrose synthase (bq509634, stmhe19)（蔗糖合酶）；glucose-6p-dehyro

6、genase (bq113075, stmcl17)（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）；pyruvate decarboxylase (bq121209, stmew21)（丙酮酸脱氢酶） 经过冷驯化后蔗糖和葡萄糖含量在chs中比其它品种高，但是和对照比较没有显著性变化；在ps3和des中经过冷驯化后其含量比对照显著性提高。经过8天冷驯化后，海藻糖在chs品种中含量显著性提高，在ps3中经过3天冷驯化海藻糖含量显著性提高，然后下降。 棉籽糖含量在对照中，chs品种比其他品种更重要，然而经过冷驯化后，在chs中棉籽糖的含量并没有发生显著性的变化，可以发现在另外俩个品种中，经过冷驯化3天后棉籽糖的含量在两

7、品种中含量显著性提高。 肌醇半乳糖苷（甜菜苷）在chs的含量本质上比其他品种高，并且在三种品种中经过冷驯化三天后其含量和对照相比发生显著性的提高。 半乳糖的含量经冷驯化后在ps3和des中都显著性降低。 甲硫氨酸是一种必需氨基酸，脱羧基的s-腺苷甲硫氨酸参与不同的代谢，例如精胺和亚精胺的合成，除此之外还作为乙烯的前体。adc (bq117254, stmdq77),samdc(bq113771, stmcp75)(bq114603) (bg126427)(bq113735)氨基酸代谢相关酶的变化 亚精胺合成酶：冷胁迫下亚精胺合酶在des和ps3中表达量提高在chs中表达量降低。 精胺合成酶：冷

8、胁迫下精胺合成酶的变化在三个品种中没有明显的规律性。 s-腺苷甲硫氨酸脱羧酶和精氨酸脱羧酶在三品种中在冷胁迫下表达量都增加。在微阵列分析中也发现了这个规律。鸟氨酸脱羧酶的表达和des相比在ps3和chs中更为重要。 冷胁迫下put（腐胺）含量在ps3和des中提高，在chs品种中经过一天和三天冷胁迫后spd（亚精胺）显著降低，ps3中三天后也显著性降低，spm含量变化和spd相近。讨论：讨论： 1、通过半致死温度结果发现des和ps3相比不能适应冷驯化；chs品种本身水平的抗冷性最强，但是不能积累冷驯化。在ps3和des中参水化合物的积累来应对冷驯化，然而chs品种本身碳水化合物的含量高对冷胁

9、迫非常重要，在chs叶片中经过冷胁迫后碳水化合物的含量没有发生显著的提高，但是海藻糖的含量显著提高了。作为非还原型二糖例如蔗糖和海藻糖能够应对胁迫（冷胁迫、干旱胁迫和盐胁迫等）也能够作为渗透保护剂。海藻糖和其他糖类相比含量较少说明在糖代谢过程中仅仅是一种调节作用。经过三天的冷驯化后肌醇半乳糖苷显著积累而半乳糖含量显著下降，说明半乳糖是肌醇半乳糖苷的合成前体。这些结果和之前的发现相一致说明在寒冷条件或冷驯化下能够提高碳水化合物的积累。2、之前有关于经过冷胁迫后內源pa的含量增加的报道，植物中亚精胺和精胺含量被认为和应对胁迫水平有关。有关于在胁迫下诱导pa的含量的生理学解释没有很好的解释。一个猜想

10、是：这些聚合阳离子可以保护聚合阴离子高分子结构，例如蛋白质、核酸。另外，其它大分子结构比如核糖体和其它的和蛋白质复合物，这些都受益于pa的积累。聚胺能够在保持核糖体的完整性方面起到关键的作用。还能够抑制气孔开放诱导气孔关闭。 在很多植物品种中，冷胁迫诱导提高腐胺（put）的含量，但是还是很难断定pa含量如何变化。接下来的工作要研究pa的含量相关基因的调节和酶活性可能对于植物应对胁迫更有意义。另外，pa含量可能不仅仅受到寒冷的胁迫，也可以通过实验条件是否对其它胁迫敏感。3、小分子的有机溶质，例如之前讨论过的葡萄糖、蔗糖、果糖在胁迫条件下积累。他们被认为是稳定蛋白质和膜系统并且对于稳定细胞渗透压有作用。持续暴露在寒冷条件下能够大量提高这些有机分子。他们被认为是在冷胁迫下他们之间协同作用充当了抗冻剂的作用。目前的研究是三种马铃薯叶片在冷胁迫下的反应机制。这些结果表明，在chs中小分子