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植物活體成像系統(tǒng)應(yīng)用探究褪黑素對(duì)低溫脅迫下油菜幼苗抗寒性的影響

瀏覽次數(shù):1774 發(fā)布日期:2023-5-19  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

近日,西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院揭示了NO和Ca2+通過(guò)激活油菜幼苗的MAPK級(jí)聯(lián)參與Mel誘導(dǎo)的耐寒性的增強(qiáng),且NO和Ca2+信號(hào)之間可能存在串?dāng)_。相關(guān)研究成果以“Involvement of NO and Ca2+ in the enhancement of cold tolerance induced by melatonin in winter turnip rape (Brassica rapa L.)”為題發(fā)表在《Plant Physiology and Biochemistry》(IF=5.437)。
 

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▲  《Plant Physiology and Biochemistry》


低溫是限制植物生長(zhǎng)、地理分布和產(chǎn)量的主要環(huán)境因素。低溫脅迫對(duì)植物的影響主要表現(xiàn)在細(xì)胞水的失調(diào)、膜系統(tǒng)的破壞、氧化還原平衡的失調(diào)、光合速率的降低以及生理代謝等的改變。

褪黑激素(Mel)是一種廣泛存在于動(dòng)物和植物中的吲哚類色胺。在第一個(gè)植物Mel受體CAND2/PMTR1被鑒定后,植物褪黑激素被認(rèn)為是一種植物激素,廣泛參與種子發(fā)芽、植物生長(zhǎng)發(fā)育、根部形態(tài)發(fā)生和果實(shí)成熟。

然而,越來(lái)越多的研究揭示了Mel在增強(qiáng)植物對(duì)生物和非生物脅迫的抵抗力方面的功能。Ca2+或NO作為兩個(gè)信號(hào)分子,在執(zhí)行Mel功能時(shí)發(fā)揮著重要作用,但這些信號(hào)分子是否也參與Mel介導(dǎo)的油菜種子幼苗的耐寒性,以及它們之間是否存在串?dāng)_,仍然是未知的。

為了研究Mel對(duì)耐寒性的增強(qiáng)是否依賴于Ca2+和NO信號(hào)傳導(dǎo),本研究以 "龍油8號(hào) "品種為實(shí)驗(yàn)材料,初步研究了外源性Mel對(duì)冷脅迫下油菜幼苗Ca2+濃度和NO含量的影響,并且為了進(jìn)一步證明這兩種信號(hào)分子在Mel介導(dǎo)的耐寒性中的作用,研究人員還測(cè)定了不同處理下各種抗氧化酶和MAPK級(jí)聯(lián)中兩個(gè)關(guān)鍵酶,即MAPK3和MAPK6的基因表達(dá)水平。
 

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▲  用于研究NO和Ca2+在Mel誘導(dǎo)的耐寒性增強(qiáng)中的作用的處理方案


在本研究中,NO合成抑制劑或Ca2+信號(hào)阻斷劑處理明顯抑制了Mel對(duì)冷脅迫下油菜幼苗的生物量、滲透平衡、氧化還原平衡和光合效率的調(diào)節(jié)作用,說(shuō)明Ca2+和NO信號(hào)的參與提高了Mel介導(dǎo)的耐寒能力。

低溫對(duì)油菜幼苗造成了嚴(yán)重的損害,表現(xiàn)為油菜幼苗相對(duì)含水量的減少、氧化應(yīng)激的產(chǎn)生和光合作用的抑制。然而,用Mel預(yù)處理可以顯著緩解低溫誘導(dǎo)的損傷,因此Ca2+和NO對(duì)于Mel介導(dǎo)的油菜幼苗的耐寒性是必要的。

MAPK信號(hào)級(jí)聯(lián)是植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)的一個(gè)完整途徑,與植物激素信號(hào)密切相關(guān),MAPK3和MAPK6作為MAPK家族的成員,發(fā)揮著不可替代的作用,特別是在植物對(duì)冷脅迫的反應(yīng)中。

研究人員發(fā)現(xiàn)Mel增加了冷脅迫下油菜幼苗MAPK3和MAPK6基因的表達(dá)水平,表明Mel介導(dǎo)的油菜幼苗耐寒能力的增強(qiáng)依賴于MAPK級(jí)聯(lián)。在冷脅迫下,NO合成抑制劑或Ca2+信號(hào)阻斷劑與Mel的聯(lián)合處理顯著逆轉(zhuǎn)了Mel對(duì)油菜幼苗MAPK3/6的誘導(dǎo),表明NO和Ca2+是Mel增加MAPK級(jí)聯(lián)表達(dá)的必要條件。 
 

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▲  通過(guò)MAPK級(jí)聯(lián)對(duì)蕪青的耐寒性提出了NO和Ca2+要求的示意圖模型

博鷺騰助力科研實(shí)驗(yàn)

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文章中,為了觀察不同處理下油菜幼苗葉片中的葉綠素含量,使用了博鷺騰PlantView 系列植物活體成像系統(tǒng)觀察葉綠素的熒光。

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.09.011
發(fā)布者:廣州博鷺騰生物科技有限公司
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