黃酮醇積累參與5--ALA對ABA誘導的氣孔關閉的抑制作用.pdf

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

2、ALA降低保衛(wèi)細胞內ROS含量的機制尚不明確。黃酮醇是植物體內一類重要的次生代謝抗氧化物質，因5-ALA能夠誘導植物苯丙烷代謝上調，促進果實黃酮和花青素等次生代謝物質積累，我們利用黃酮醇染料DPBA研究發(fā)現黃酮醇能夠特異性地積累于氣孔保衛(wèi)細胞，其含量增加可以減少ROS積累，而后抑制ABA誘導氣孔關閉。因而在保衛(wèi)細胞這樣的微小模型中探究5-ALA與黃酮醇代謝關系和機制以及5-ALA調節(jié)氣孔運動與誘導黃酮醇在保衛(wèi)細胞中特異積累之間的關系具有

3、重要的理論意義。其主要研究結果如下:
　　1.外源5-ALA預處理可降低蘋果葉片保衛(wèi)細胞ROS含量進而抑制ABA誘導的氣孔關閉。使用DPBA對黃酮醇進行標記后，發(fā)現在其他表皮細胞中無熒光出現，黃酮醇只特異性地在保衛(wèi)細胞中累積。外源5-ALA預處理使蘋果葉片保衛(wèi)細胞內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處理蘋果葉片后，它們在增強保衛(wèi)細胞內黃酮醇熒光強度的同時，降低保衛(wèi)細胞ROS含量，并最終抑制了ABA誘導的氣孔關閉

4、。此外，槲皮素和山奈酚可以抑制外源H2O2誘導的蘋果葉片氣孔關閉。以上結果喻示，5-ALA誘導蘋果葉片氣孔開放可能與其上調保衛(wèi)細胞中黃酮醇含量而后降低活性氧含量有關，為了驗證這個結果，下文我們利用遺傳資源豐富的模式植物擬南芥進一步展開研究。
　　2.以野生型、轉YHem1和tt4突變體擬南芥為實驗材料，研究了5-ALA預處理抑制ABA誘導氣孔關閉效應及機制。使用外源5-ALA預處理及YHem1均能夠抑制ABA誘導的氣孔關閉;而使用

5、ABA處理tt4，觀察發(fā)現氣孔開度甚至低于單獨ABA處理;使用DCF對保衛(wèi)細胞ROS進行可視化后，發(fā)現外源5-ALA預處理及YHem1可降低野生型擬南芥中ABA誘導的保衛(wèi)細胞ROS含量，而在tt4突變體中外源5-ALA對ABA誘導的氣孔關閉抑制作用被大幅度削弱。這說明，5-ALA清除保衛(wèi)細胞ROS含量從而調節(jié)植物氣孔運動的過程的確與苯丙烷代謝途徑相關。
　　3.以野生型、轉YHem1和tt4突變體擬南芥子葉為材料，研究內外源5-A

6、LA對保衛(wèi)細胞中黃酮醇含量影響效應及其機制。與在蘋果葉片上的結果一致，以DPBA對黃酮醇進行標記，發(fā)現黃酮醇只特異性地在保衛(wèi)細胞中累積。5-ALA預處理野生型擬南芥2h和4h能夠誘導子葉保衛(wèi)細胞內黃酮醇含量顯著增加，轉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，內外源5-ALA預處理后可誘導黃酮醇合成相關基因的表達增強，促進黃酮醇的合成。因而，5-ALA可以通過上調擬南芥葉片黃酮醇代謝相

7、關基因表達，增加保衛(wèi)細胞內黃酮醇含量。
　　4.使用黃酮醇主要組分槲皮素及山奈酚分別進行外源處理，發(fā)現黃酮醇可抑制ABA誘導的氣孔關閉，并在一定程度恢復tt4對ABA誘導氣孔關閉的抑制作用，且能夠降低ABA誘導的ROS含量積累;在H2O2誘導的氣孔關閉中，槲皮素和山奈酚處理野生型及tt4后均產生一定抑制氣孔關閉的能力。這些結果表明，黃酮醇可通過清除ROS參與氣孔運動調節(jié)。
　　綜上所述，利用蘋果和模式植物擬南芥，我們證明了5