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学术时间丨一氧化氮对高温与干旱复合胁迫下小麦叶片Rca基因表达及Rubisco活性的影响

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学术时间丨一氧化氮对高温与干旱复合胁迫下小麦叶片Rca基因表达及Rubisco活性的影响

发布日期:2019-01-14 作者: 点击:

《河南农业大学学报》2018年第52卷第6期刊载了河南农业大学杜兴良,兰盼龙,张皓帆,李华,汪月霞,赵会杰,以及中国农业科学院郑州果树研究所赵光伟的论文——“一氧化氮对高温与干旱复合胁迫下小麦叶片Rca基因表达及Rubisco活性的影响”。该研究由国家自然科学基金项目(30971725)资助。责任编辑常思敏。

 

光合作用是作物产量和品质形成的基础,也是对环境胁迫较为敏感的生理过程,常常受到高温、干旱等逆境胁迫的影响。研究表明,干旱胁迫会造成光合磷酸化抑制,RuBP羧化/加氧酶(Rubisco)活性降低和RuBP再生受阻,从而限制光合作用进行。高温胁迫也会导致气孔限制和Rubisco活性的降低,而且Rubisco活性受Rubsico活化酶(RCA)的调控,高温下Rubisco活性下降是RCA调控的结果。

小麦属于喜凉作物,但在生长季节内(尤其生育后期)经常受到高温和干旱复合胁迫,导致光合速率降低,产量下降。目前,关于高温和干旱复合胁迫下小麦光合作用的变化及其调控,迄今研究相对较少。本文研究了高温干旱复合胁迫下,小麦叶片的Rubsico活化酶基因(Rca)表达、RCA、Rubisco活化状态(活化态Rubisco占Rubisco总量的百分比)与Rubisco活性及光合作用的变化,并探讨了外源信号物质一氧化氮(NO)的调节效应。旨在为进一步阐明高温干旱复合胁迫对光合作用的损伤机制,采取抗逆应变栽培措施提供依据。

以小麦(Triticum aestivumL.)品种豫麦49为材料,在幼苗第3片叶完全展开时,进行包括对照、高温胁迫(H)、干旱胁迫(D)、高温干旱复合胁迫(DH)、NO预处理后干旱胁迫(D+NO)、NO预处理后高温胁迫(H+NO)、NO预处理后高温干旱复合胁迫(DH+NO)。光合速率采用LCpro+光合测定仪测定。叶绿素相对含量采用叶绿素仪SPAD-502测定。RCA活性采用RCA测定试剂盒测定。Rubisco初始活性和总活性、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性等按照参考文献方法测定。提取总RNA。Rca转录表达以小麦的β-actin作为内标基因计算相对表达量。

结果表明,干旱和高温干旱复合胁迫导致小麦叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性降低,而高温胁迫下SOD和CAT活性升高。NO预处理能显著增强干旱及高温干旱复合胁迫下的抗氧化酶活性。编码RCA不同亚基的基因(Rcaa和Rcab)对不同逆境胁迫的响应存在差异,干旱、高温和高温干旱复合胁迫导致Rcaa基因的表达水平分别降低97%、92.31%和84.93%,Rcab的转录水平则在高温和高温干旱复合胁迫下分别比对照升高了26.14倍和28.02倍。NO预处理使干旱胁迫下Rcaa的表达增加了38.42倍,Rcab的表达增加了32.74倍,使高温干旱复合胁迫下Rcab的表达水平提高了30.39%。遭受干旱、高温及二者复合胁迫后,小麦叶片的RCA活性、Rubisco初始活性、总活性以及Rubisco活化状态明显下降,而采用NO预处理不同程度地提高了干旱、高温及高温干旱复合胁迫下小麦叶片的RCA活性及Rubisco酶的初始活、总活性与活化状态,使其在逆境下保持较高的叶绿素含量(SPAD值)和光合速率(Pn)。

总之,NO能够通过增强抗氧化酶活性和调节Rca基因表达,提高RCA和Rubisco活性,缓解高温干旱复合胁迫对小麦叶片的光合作用的损伤。

 


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关键词:基因表达调控,基因表达定量,表观组学技术服务

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