不同脅迫條件下沙冬青葉片膜脂組成和葉綠體FAD基因功能分析

發(fā)布時間：2020-04-13 03:24

【摘要】：膜脂是構(gòu)成細胞膜系統(tǒng)的基本骨架,其組成及不飽和度與植物抵抗溫度脅迫等逆境密切相關(guān)。沙冬青是中亞荒漠區(qū)唯一的常綠闊葉植物,具有極強的抗寒抗旱特性。本論文圍繞沙冬青葉片膜脂組成及不飽和度與抗逆性的關(guān)系開展了三方面工作:(1)分析了在室內(nèi)不同脅迫處理下和野外復合逆境中葉片脂肪酸不飽和度以及葉綠體膜脂相對含量與不飽和度的變化；(2)分析了葉綠體脂肪酸去飽和關(guān)鍵酶基因在不同脅迫條件下的表達變化；(3)克隆了葉綠體co-3脂肪酸去飽和酶基因AmFAD7和AmFAD8在抗逆性中的功能。主要結(jié)果如下:(1)在沙冬青葉片中共檢測到11種脂肪酸,其中包括亞油酸(18:2)和亞麻酸(18:3),但無十六碳二烯酸(16:2)和十六碳三烯酸(16:3),因此該物種屬于18:3植物。(2)在室內(nèi)培養(yǎng)的沙冬青幼苗葉片中,脂肪酸不飽和度在低溫和干旱處理下增加,而在熱和鹽脅迫處理下降低。在野外自然生長的沙冬青成株葉片中,脂肪酸不飽和度在夏季較低,在秋季和冬季較高。(3)在低溫處理下,室內(nèi)培養(yǎng)的沙冬青幼苗葉片中葉綠體膜脂組分單半乳糖甘油二酯(Monogalactosyldiacylglycerol,MGDG)、磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol,PG)和硫代異鼠李糖甘油二酯(Sulfoquinovosyldiacylglycerol,SQDG)含量降低,而雙半乳糖甘油二酯(Digalctosyldiaculglycerol,DGDG)含量增加，同時這四種脂類的脂肪酸不飽和度均增加。在熱脅迫處理下,MGDG和DGDG含量降低,PG和SQDG含量增加,而四種脂類的脂肪酸不飽和度均降低。在干旱處理下,MGDG含量降低,而其余三種脂類含量均增加；DGDG中脂肪酸不飽和度增加,而其余三種脂類的不飽和度均降低。在鹽脅迫處理下，MGDG和PG含量降低,DGDG和SQDG含量增加,四種脂類的脂肪酸不飽和度也均增加。有趣的是,在四種脅迫處理下MGDG的含量均降低,而DGDG與MGDG的比值均增加。在野外生長的成株葉片中,在春季和初夏MGDG含量較高,DGDG含量較低,而在其他季節(jié)這兩種組分的含量正好相反。此外,在春季PG的脂肪酸不飽和度較高；在夏季MGDG和DGDG的不飽和度較低；在秋季MGDG和SQDG的不飽和度較高;在冬季四種脂類的不飽和度均較高。與室內(nèi)培養(yǎng)的幼苗相比,野外生長的成株葉片中DGDG含量以及DGDG與MGDG的比值均較高。此外,其MGDG的不飽和度較低,而其余三種脂類不飽和度較高。(4)在沙冬青幼苗葉片中,持續(xù)兩周的低溫處理使AmFAD7和AmFAD8的轉(zhuǎn)錄水平高于對照,而AmFAD6低于對照；持續(xù)兩周的熱處理引起AmFAD6和AmFAD8的轉(zhuǎn)錄水平先上調(diào)后下調(diào),而AmFAD7的轉(zhuǎn)錄水平始終低于對照；同樣時長的干旱處理可誘導AmFAD6和AmFAD8，尤其是后者轉(zhuǎn)錄水平上調(diào),而AmFAD7則下調(diào)；鹽脅迫處理一周后可引起這三個基因的轉(zhuǎn)錄水平均上調(diào)。在野外生長的沙冬青嫩葉中,AmFAD6的轉(zhuǎn)錄水平在冬季略低于其他季節(jié);AmFAD7的轉(zhuǎn)錄水平在秋、冬季總體上高于春、夏季；AmFAD8的轉(zhuǎn)錄水平在全年無明顯的規(guī)律性變化。(5)AmFAD7和AmFAD8的編碼蛋白分別由455和457個氨基酸殘基組成,其中均含有1個葉綠體轉(zhuǎn)運肽和3個保守的組氨酸簇。二者的gDNA編碼區(qū)分別由2247 bp和2132 bp組成,其中均含有7個內(nèi)含子和8個外顯子。(6)在AmFAD7和AmFAD8的啟動子中均包含光照和激素作用元件,在AmFAD8的啟動子中還有低溫和脫水應答元件。(7)在0～48 h脅迫處理期間,AmFAD7在幼苗地上部的表達量受低溫和高溫誘導而上調(diào),但被鹽脅迫抑制而下調(diào);在幼苗根中,該基因則受低溫和鹽脅迫的誘導,而被熱脅迫抑制。AmFAD8在幼苗地上部中受低溫和鹽脅迫誘導,而被熱脅迫抑制；在幼苗根中,該基因受鹽脅迫誘導而上調(diào),被低溫和熱脅迫抑制而下調(diào)。(8)在野外生長植株中,AmFAD7和AmFAD8均在嫩葉中表達量最高,而分別在嫩枝和側(cè)根中表達量最低。(9)AmFAD7和均可以提高其轉(zhuǎn)基因擬南芥的抗凍性和耐旱性(AmFAD8耐旱作用更明顯),但卻降低了其耐熱性。此外,轉(zhuǎn)基因株系在低溫和干旱脅迫下細胞膜的穩(wěn)定性和抗氧化脅迫能力均明顯提高。
【圖文】：