番茄線粒體解偶聯(lián)蛋白基因(LeUCP)沉默對番茄光合作用、呼吸作用及抗逆性的影響.pdf

1、植物線粒體是進(jìn)行呼吸作用為細(xì)胞提供能量的重要場所，其在感知外界逆境信號，調(diào)控植物抗逆防御反應(yīng)中也扮演著重要的角色。植物線粒體對氧化脅迫的消除機(jī)制除存在交替氧化酶為末端氧化酶的交替電子傳遞鏈路徑外，還可以通過線粒體解偶聯(lián)蛋白UCPs來減弱活性氧的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，AtUCP1基因?qū)Φ蜏?、干旱等氧化脅迫抗性以及有效的光合作用均起著積極的作用。然而其對蔬菜作物的調(diào)節(jié)及在抗逆中的作用機(jī)制尚不清楚。因此，研究UCPs基因在調(diào)節(jié)植物光合、呼吸作用及在

2、抗逆反應(yīng)中的作用機(jī)制無疑具有非常重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以煙草脆裂病毒(TRV)和番茄為材料，選擇八氫番茄紅素去飽和酶基因(PDS)作為參照基因，構(gòu)建了TRV-LePDS和TRV-LeUCP重組質(zhì)粒，建立了LePDS和LeUCP基因VIGS體系，LePDS基因沉默植株的葉片出現(xiàn)典型的光漂白現(xiàn)象；LeUCP基因沉默植株其基因表達(dá)量顯著降低.
　　 利用TRV-LeUCP基因沉默植株，研究了番茄LeUCP基因?qū)夂?/p>

3、參數(shù)以及相關(guān)酶活性、熒光參數(shù)、電子流分配的影響，分析了LeUCP基因?qū)€粒體呼吸、活性氧積累、交替氧化酶的影響。結(jié)合三羧酸循環(huán)中的順烏頭酸酶活性和檸檬酸含量及氧化還原狀態(tài)以的變化，探明線粒體解偶聯(lián)蛋白對Redox狀態(tài)的影響。在PQ和高溫逆境條件下，探明線粒體解偶聯(lián)蛋白在氧化脅迫下是否起到保護(hù)作用。所得主要結(jié)果如下：
　　 1、研究了番茄LeUCP基因沉默對光合作用的影響。結(jié)果表明，TRV病毒載體侵染未引起番茄植株生長表型差異；基

4、因沉默植株葉片在不同光照強(qiáng)度下的光合速率均低于對照植株，Pn、Asat、Vc，max值降低，氣孔導(dǎo)度Gs提高，但對Ci無明顯影響。番茄LeUCP基因沉默植株Rubiseo和FBPase酶活性受抑制，分別降低了23.3％和20.3％。
　　 2、研究了番茄LeUCP基因沉默對葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響。LeUCP基因表達(dá)量的降低對Fv/Fm無明顯影響，但降低了光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)和電子傳遞速率ETR，與Mock處理植株相比qP值降低了

5、54％。提高了非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ，并且明顯降低了Je(PSⅡ)和分配于Je(PCR)與Je(PCO)的比例以及NAD+/NADH比值。說明LeUCP基因編碼的線粒體解偶聯(lián)蛋白對有效的光合是必需的，可能通過影響卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶、重新分配PSⅡ的電子流比例、降低電子傳遞速率和光呼吸而起作用。
　　 3、研究了番茄LeUCP基因沉默對呼吸作用和Redox狀態(tài)的影響。基因沉默植株線粒體總呼吸和交替呼吸下降明顯，抑制AOX1基因家族的

6、基因表達(dá)，其中對AOX1α基因表達(dá)量影響顯著。LeUCP基因表達(dá)量的降低影響還原態(tài)泛醌的含量和丙酮酸含量，分別較Mock下降了54.3％和29.1％，表明線粒體交替氧化酶和解偶聯(lián)蛋白兩者呈協(xié)同表達(dá)關(guān)系。三羧酸循環(huán)中的順烏頭酸酶活性和檸檬酸含量與Mock相比分別降低34.6％、14.4％。NADH含量增加且NAD+/NADH明顯下降，表明線粒體解偶聯(lián)蛋白對維持Redox狀態(tài)起一定作用。
　　 4、研究了PQ和高溫氧化脅迫下解偶聯(lián)蛋

7、白基因的響應(yīng)。與Mock和TRV組植株相比，LeUCP基因沉默誘導(dǎo)了植株葉片H2O2和O2-的積累，并且在PQ和高溫脅迫處理下，ROS積累顯著增加，其中PQ處理后H2O2和O2-。分別較Mock增加44.67％和23％。PQ脅迫后造成了嚴(yán)重的氧化脅迫，F(xiàn)v/Fm明顯下降，MDA含量增加CAT1、CAT2、SOD、cAPX、GR、POD基因表達(dá)量提高，但TRV-LeUCP+PQ仍然低于Mock+PQ與TRV+PQ。與Mock相比，PQ處理