根系响应烟株打顶对烟碱生物合成的影响

摘要

烟碱是烟草特有的生物碱，是烟草根系合成的次生代谢产物。打顶以后，烟株体内烟碱积累增多，然而对于造成烟株体内烟碱含量升高的原因以及烟碱合成的调节机制并不清楚。有报道认为打项增强烟碱生物合成可能是植物激素源改变和伤害刺激及根系二次发育结果所致。为探讨打顶增强根系烟碱生物合成能力的调控机制，本实验以大田和实验室培育烟草K326为实验材料，对长势均匀烟株分别进行不打顶、打顶、不打顶喷洒MeJA和打顶喷洒NAA处理，分析了激素源变化、根系发育和伤害刺激信号JA对烟碱生物合成的影响。主要研究结果如下：
　　 (1)荧光定量PCR验证打顶前后miRNA高通量测序数据库中差异表达的miRNA。miRNA399c、miRNA171、miRNA101d、miRNA166c、miRNA167d在打顶24h后表达量上升，而miRNA164、miRNA166、miRNA169c、miRNA156、miRNA159在打顶24h后表达量下降。
　　 (2)采用RT-PCR和Northern blot检测四种处理烟株根尖组织NtNAC-R1和腐胺N-甲基转移酶(PMT)基因的表达差异，发现打顶后NtNAC-R1和PMT基因表达量显著升高。不打顶喷洒MeJA后PMT基因表达上调，NtNAC-R1基因下调。打顶喷洒NAA后，NtNAC-R1基因表达下调，而PMT基因表达无明显变化。Northern blot检测不打顶和分别打顶2、4、6、8、10、24h的烟草根尖组织NtNAC-R1基因的表达谱显示：NtNAC-R1基因打顶后4h内先下调，然后开始持续上调。
　　 (3)采用ELISA检测四种处理烟草根尖IAA含量，结果为打顶和打顶喷洒NAA的烟株根系IAA含量明显下降，而不打顶喷洒MeJA的烟株根系IAA含量几乎不变。
　　 (4)采用气相色谱法检测四种处理烟草根尖组织烟碱含量，结果证明打项和不打顶喷洒MeJA的烟株根尖的烟碱含量都有所升高，而打顶喷洒NAA的烟株根尖的烟碱含量稍微降低。
　　 (5)用根系扫描仪检测处理烟株的根系表型，打顶烟株根系生长明显发达，侧根增多，干物质积累增加，而不打顶喷洒MeJA和打顶喷洒NAA的烟株根系表型没有明显变化。
　　 以上结果表明打顶确实促使了根系的发育，侧根增多，可能是生长素IAA变化诱导的结果，另外打顶诱导PMT基因表达增强的变化与激素源有明显关系。而MeJA信号物质诱导PMT的表达增强，与根系的二次发育无关。推测打顶诱导的根系烟碱合成能力增强的原因，有两个方面的因素：其一，根系的二次发育，增大了根系的体积，合成烟碱的部位数量增加；其二是打顶伤害诱导MeJA信号物质增加，同时减少IAA源，共同诱导PMT表达增强，提高烟碱的合成能力。因此，激素源变化、根系二次发育和伤害刺激信号MeJA共同作用导致烟株打顶后烟碱生物合成增加。