低温胁迫下拟南芥表皮蜡质的响应机制

• 作者: 倪郁 宋超 王小清
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 拟南芥 低温胁迫 表皮蜡质 基因 蜡质突变体
• 年，卷（期）: 2014,（2）
• 所属期刊栏目: 耕作栽培·生理生化·农业信息技术
• 页码范围: 252-261
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.02.005

摘要

[目的]低温是影响作物产量和品质的主要环境因素之一,而表皮蜡质是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障.研究低温胁迫对拟南芥表皮蜡质组分含量、结构及相关蜡质基因表达的影响,有助于进一步理解植物表皮蜡质与低温互作机制,从而对后续作物的抗性机制研究起指导作用.[方法]以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer3、cer4、cer6、cer10、cer20及kcs1为试验材料,待植株生长至5-6周时进行4℃胁迫处理10d和18 d.利用扫描电子显微镜观察表皮蜡质晶体结构变化;利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析蜡质组成及含量变化;利用qRT-PCR技术检测蜡质基因CER1、CER3、CER4、KCS1、WIN1的表达.[结果]低温胁迫后,拟南芥蜡质晶体结构在分布密度、形状与大小方面发生了不同程度的变化.野生型拟南芥蜡质晶体熔融成片,大面积覆盖茎秆表面,这可能一定程度上起到了低温阻隔作用,并减少水分散失.cer1突变体表现出松针状晶体显著减少,并以小型树枝状结构为主;cer3与cer10杆状晶体显著减少;而cer6与cer20蜡质晶体在低温胁迫后有所增加;kcs1蜡质晶体在低温胁迫后垂直杆状结构显著减少,水平杆状结构出现,并伴有蜡质晶体熔融现象.低温胁迫对一级醇减少突变体cer4结构无显著影响.GC-MS分析结果表明,拟南芥野生型与各突变体在低温胁迫下表皮蜡质组分含量也发生了不同程度的变化.野生型中醛类与酮类含量显著减少、一级醇类含量显著增加.各突变体则表现出相反的变化,蜡质组分中醛类、酮类含量增加或无显著变化、一级醇含量减少或无显著变化;受低温胁迫较重的cer3、cer10表皮蜡质中一级醇含量显著下降.拟南芥表皮蜡质在低温胁迫下显著积累(cer3无显著变化、cer10蜡质总量减少),且主要通过增加烷类与次级醇含量来增加蜡质总量.低温胁迫诱导了野生型CER1基因的强势表达,植株通过上调CER1的表达促进烷类物质的合成以响应低温胁迫;CER4的表达上调促进了一级醇的合成.KCS1、CER3与WIN1在低温胁迫下表达下调,暗示了植株蜡质总量的增加主要是通过蜡质合成的下游途径如烷合成途径增加.[结论]低温胁迫可以改变表皮蜡质晶体结构及组分含量,蜡质组分中烷类与次级醇类含量的上升是响应低温胁迫的主要方式,蜡质总量的增加主要来自于烷类的增加.CER1是响应低温胁迫的主要蜡质基因.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	倪郁	西南大学农学与生物科技学院	21	279	10.0	16.0
2	宋超	西南大学农学与生物科技学院	6	53	4.0	6.0
3	王小清	西南大学农学与生物科技学院	2	28	2.0	2.0