玉米黄质在番茄中组成的积累缓解盐胁迫诱导的光抑制和光氧化课件

玉米黄质在番茄中组成的积累缓解盐胁迫诱导的光抑制和光氧化

PhysiologiaPlantarum2012影响因子：3.656主要内容1.背景&意义2.材料&方法3.结果4.讨论1.背景&意义

盐胁迫是降低植物生长和生产力的最重要的环境因子之一。许多遭受盐胁迫的植物中的生长下降通常与光合能力的下降相关。盐胁迫诱导的光合作用降低增加了过剩激发能的数量。如果过剩光能不能适当的耗散，甚至适度光照下光合机构也可能被损伤，因此二次胁迫如ROS损伤，经常发生。D1蛋白，是光系统II（PSII）反应中心复合物的其中一种蛋白质，可快速周转，并用以反映PSII光抑制的程度。D1蛋白的从头合成被细胞内ROS含量的升高显著抑制。此外，有研究表明，单线态氧能直接引起PSII的氧化损伤。事实上，许多研究表明盐胁迫显著增强了螺旋藻，大麦叶片，高粱，土豆和黑麦的PSII的光抑制和光损伤。Z在植物应对过度光照胁迫中起重要作用。以往的报道主要集中在模型植物中Z在强光胁迫或低光强时的低温胁迫，通过Z参与NPQ。然而，高等植物中Z应对盐胁迫诱导的光抑制仍不清楚。例如，Z的积累是否可以环境盐胁迫诱导的光抑制和脂质过氧化，是否可以在盐胁迫条件下减少细胞内活性氧的水平和降低D1含量？这可能是部分因为植物应对盐胁迫的一个典型反应是光合的降低。结果是盐胁迫叶片中光能的吸收超过推动CO2固定。甚至在适度光照下如果能量不能适度耗散时光合机构可能被摧毁。在自然条件下，盐胁迫往往和光胁迫联合发生。因此，Z应对盐胁迫诱导的光抑制和光氧化的作用值得探究。检测转基因番茄植株中的LeZE蛋白（番茄的玉米黄质环氧化酶）含量和mRNA，在冷胁迫之前和之后的反义转基因植株中检测到较高的Z含量，Z含量的积累增强了植物对弱光下冷胁迫的耐受性。为了解番茄中Z积累对盐诱导的光抑制和光氧化的生理作用和作用机制，LeZE转基因植物的反义抑制和野生型WT番茄被用于试验。2.材料&方法植物材料和处理方法色素分析：RPHPLC（反相高效液相色谱法）盐胁迫条件下WT和转基因植物的生长功能：株高、鲜重、干重叶绿素荧光和净光合速率（Pn）测定过氧化氢和超氧阴离子自由基的组化检测定量测定过氧化氢的浓度和脂质过氧化：测定丙二醛（MDA）相对电子电导测量(REC)D1蛋白的检测：SDS、westernblotting3.结果3.1转基因番茄植株较高的Z含量转基因番茄植株的总V+A+Z没有显著变化(Table1)，但是反义转基因植株的Z/(V+A+Z)比率显著高于野生型植株，在盐胁迫之前和之后(Fig.1A,Table1)。盐胁迫后，野生植株中的Z含量显著增加，但仍明显低于反义转基因植物(Fig.1A,Table1).在野生型植物，叶黄素循环色素的去环氧化率（Z+0.5A）/（V+A+Z）在5天盐胁迫之后显著上升。然而，反义转基因植物中(Z+0.5A)/(V+A+Z)率仍显著高于WT(Fig.1B)。这些结果表明，LeZE的抑制引起了盐胁迫之前和之后的番茄中Z的积累。3.4盐胁迫对野生型和转基因植物的O2•−andH2O2含量的影响分析NaCl处理的野生型和转基因植物叶片细胞内H2O2含量通过DAB和NBT染色。处理前H2O2和O·-2积累量低，野生型和转基因植物无显著差异。盐胁迫后，H2O2和O·-2积累量上升(Fig.3A,B).WT组颜色是最深的，与转基因组相比。这表明在暴露与盐胁迫5天后，与转基因组相比，WT植物的叶子显著积累了更多的H2O2和O·-2。H2O2的定量分析显示了类似的结果(Fig.4A).3.5盐胁迫对野生型和转基因植物的MDA含量和相对电解液泄漏的影响MDA的产生被用作膜脂过氧化的指示剂。在正常生长条件下，WT和转基因植物中的MDA含量无显著差异。盐胁迫5天后，WT和转基因植物中的MDA含量均显著上升。WT组上升更多(Fig.4B).为了进一步测试Z积累对盐胁迫耐受性的影响，离子渗漏进行了分析。盐胁迫5天之后，WT和转基因植物中的REC均上升。与WT相比，转基因植物中的离子渗漏更低(Fig.4C).。结果表明盐胁迫条件下转基因植物中的膜损伤更高比WT组相比。3.6WT和转基因组的净光合速率Pn和Fv/Fm值对盐胁迫的响应WT组和转基因组的植物Pn和Fv/FM测量以评估盐胁迫的耐受性。在正常生长条件下，Pn无显著差异。当用200mMNaCl处理后，WT组和转基因组的Pn均显著下降，WT组下降更多(Fig.4D)。Fv/FM分析显示了类似的状况(Fig.1D).这些结果表明，在反义转基因植物盐胁迫时PSII的光抑制明显减轻。4.讨论盐胁迫是一种可抑制光合作用的重要的环境因子。自然条件下，盐胁迫经常和光胁迫联合作用。尽管有报道Z在植物应对过剩光能胁迫的过程中起重要作用，但是在盐胁迫诱导的光抑制中，Z的积累如何影响光合，细胞内ROS含量，脂质过氧化和过剩光能耗散，和D1蛋白含量仍不清楚。之前的研究表明Z在NPQ的形成过程中有重要作用。这种机制缓解了过剩激发能对PSII反应中心的压力，通过把过剩光能转化为热能。NPQ与Z量或A和Z的总量之间有良好的相关性。尽管当暴露于盐胁迫下时NPQ在野生型和转基因植物均上升，但并无显著差异(Fig.1C).。高Na+含量可能导致光合作用降低和产生活性氧。在盐胁迫结合光胁迫条件下，活性氧主要形成于叶绿体中，从而导致细胞内水平上的氧化损伤。H2O2和O·-2的组化检测以及H2O2的定量分析表明Z在阻止过多ROS中起重要作用(Figs.3A,Band4A)。之前的研究表明Z可以保护光合机构免受光胁迫，通过直接淬灭1O2和其他ROS。类囊体膜特别容易受到1O2启动的脂质过氧化反应，因为它们富含不饱和脂肪酸。转基因番茄植株中的O·-2andH2O2含量的减少可以缓解盐胁迫下的过氧化损伤(Fig.4B).Z可能是类囊体膜双层自身的一个关键的抗氧化剂，它能够清除活性氧和终止脂质过氧化的链式反应，并因此保护叶绿体膜免受光氧化反应损伤。盐胁迫增强叶绿体中的ROS的产生。当产率超过分解的速率更快，叶绿体内产生的部分ROS可以从叶绿体偏离，因此逃离位于叶绿体内的有效抗氧化系统。然后将多余的活性氧可以从叶绿体转移向细胞质并攻击质膜。因此，膜渗漏发生。Z分子位于该蛋白质-类脂交界处，Z分子存在脂质基质直接保护类囊体膜脂通过1O2淬灭和自由基清除。因此，与WT相比转基因株系有更少的活性氧