黃酮醇積累參與5--ALA對ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉的抑制作用.pdf

1、氣孔是植物進(jìn)行氣體交換的門戶，其啟閉程度對植物光合作用具有重要的調(diào)控作用，直接關(guān)系到植物的產(chǎn)量或生產(chǎn)力的形成。增大氣孔開度，提高CO2的吸收與固定對于提高植物生產(chǎn)力具有決定性作用。諸多研究表明卟啉類物質(zhì)合成前體5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)能夠作為潛在植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)可提高植物生物量積累，增強(qiáng)抗逆性。初步機(jī)理探究表明5-ALA能夠通過清除保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)ROS含量，促進(jìn)黑暗條件下植物氣孔開放，以及抑制ABA或H2O2誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。但有關(guān)5-

2、ALA降低保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)ROS含量的機(jī)制尚不明確。黃酮醇是植物體內(nèi)一類重要的次生代謝抗氧化物質(zhì)，因5-ALA能夠誘導(dǎo)植物苯丙烷代謝上調(diào)，促進(jìn)果實(shí)黃酮和花青素等次生代謝物質(zhì)積累，我們利用黃酮醇染料DPBA研究發(fā)現(xiàn)黃酮醇能夠特異性地積累于氣孔保衛(wèi)細(xì)胞，其含量增加可以減少ROS積累，而后抑制ABA誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。因而在保衛(wèi)細(xì)胞這樣的微小模型中探究5-ALA與黃酮醇代謝關(guān)系和機(jī)制以及5-ALA調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)與誘導(dǎo)黃酮醇在保衛(wèi)細(xì)胞中特異積累之間的關(guān)系具有

3、重要的理論意義。其主要研究結(jié)果如下:
　　1.外源5-ALA預(yù)處理可降低蘋果葉片保衛(wèi)細(xì)胞ROS含量進(jìn)而抑制ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。使用DPBA對黃酮醇進(jìn)行標(biāo)記后，發(fā)現(xiàn)在其他表皮細(xì)胞中無熒光出現(xiàn)，黃酮醇只特異性地在保衛(wèi)細(xì)胞中累積。外源5-ALA預(yù)處理使蘋果葉片保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)黃酮醇含量顯著升高，而利用外源槲皮素及山奈酚等黃酮醇預(yù)處理蘋果葉片后，它們在增強(qiáng)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)黃酮醇熒光強(qiáng)度的同時(shí)，降低保衛(wèi)細(xì)胞ROS含量，并最終抑制了ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉

4、。此外，槲皮素和山奈酚可以抑制外源H2O2誘導(dǎo)的蘋果葉片氣孔關(guān)閉。以上結(jié)果喻示，5-ALA誘導(dǎo)蘋果葉片氣孔開放可能與其上調(diào)保衛(wèi)細(xì)胞中黃酮醇含量而后降低活性氧含量有關(guān)，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果，下文我們利用遺傳資源豐富的模式植物擬南芥進(jìn)一步展開研究。
　　2.以野生型、轉(zhuǎn)YHem1和tt4突變體擬南芥為實(shí)驗(yàn)材料，研究了5-ALA預(yù)處理抑制ABA誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉效應(yīng)及機(jī)制。使用外源5-ALA預(yù)處理及YHem1均能夠抑制ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉;而使用

5、ABA處理tt4，觀察發(fā)現(xiàn)氣孔開度甚至低于單獨(dú)ABA處理;使用DCF對保衛(wèi)細(xì)胞ROS進(jìn)行可視化后，發(fā)現(xiàn)外源5-ALA預(yù)處理及YHem1可降低野生型擬南芥中ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞ROS含量，而在tt4突變體中外源5-ALA對ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉抑制作用被大幅度削弱。這說明，5-ALA清除保衛(wèi)細(xì)胞ROS含量從而調(diào)節(jié)植物氣孔運(yùn)動(dòng)的過程的確與苯丙烷代謝途徑相關(guān)。
　　3.以野生型、轉(zhuǎn)YHem1和tt4突變體擬南芥子葉為材料，研究內(nèi)外源5-A

6、LA對保衛(wèi)細(xì)胞中黃酮醇含量影響效應(yīng)及其機(jī)制。與在蘋果葉片上的結(jié)果一致，以DPBA對黃酮醇進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)黃酮醇只特異性地在保衛(wèi)細(xì)胞中累積。5-ALA預(yù)處理野生型擬南芥2h和4h能夠誘導(dǎo)子葉保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)黃酮醇含量顯著增加，轉(zhuǎn)YHem1擬南芥黃酮醇含量為野生型4-5倍，但在tt4突變體中無黃酮醇積累。分子水平研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外源5-ALA預(yù)處理后可誘導(dǎo)黃酮醇合成相關(guān)基因的表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)黃酮醇的合成。因而，5-ALA可以通過上調(diào)擬南芥葉片黃酮醇代謝相

7、關(guān)基因表達(dá)，增加保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)黃酮醇含量。
　　4.使用黃酮醇主要組分槲皮素及山奈酚分別進(jìn)行外源處理，發(fā)現(xiàn)黃酮醇可抑制ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉，并在一定程度恢復(fù)tt4對ABA誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的抑制作用，且能夠降低ABA誘導(dǎo)的ROS含量積累;在H2O2誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉中，槲皮素和山奈酚處理野生型及tt4后均產(chǎn)生一定抑制氣孔關(guān)閉的能力。這些結(jié)果表明，黃酮醇可通過清除ROS參與氣孔運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)。
　　綜上所述，利用蘋果和模式植物擬南芥，我們證明了5