MeJA对冬小麦抗寒生理及寒胁迫下TaCOI1/TaMYC2基因表达量的影响

摘要

小麦是我国粮食的主要来源之一，低温严重地限制了小麦的分布与产量。东农冬麦1号(Dn1)是首例能在黑龙江省高寒地区安全越冬的冬小麦品种（可耐受-30℃低温），返青率大于85％。植物激素是重要的信号分子，在植物响应低温胁迫中起重要作用。我们前期构建了Dn1低温胁迫下分蘖节的micRNA库，对其靶基因的KEGG分析显示茉莉酸(JA)信号转导途径的关键基因COI1、MYC2变化明显，表明JA可能参与冬小麦对低温胁迫的应答。本研究以Dn1为实验材料，用浓度0.5、1.0、2.0mmol/L MeJA和蒸馏水处理三叶期小麦叶片，在大田自然降温条件下，分别于5℃、0℃、-10℃、-25℃取样叶片和分蘖节，探讨外源MeJA对其抗寒生理的影响，确定JA作用的最佳浓度。在此处理浓度下，研究外源MeJA对冬小麦JA响应基因及JA信号转导途径关键基因表达的影响，为后续揭示COI1、MYC2在冬小麦响应低温胁迫下的分子机制进而揭示冬小麦抗寒激素调控机制的研究提供一定的理论基础和生产依据。结果表明:
　　(1)外源MeJA处理对低温胁迫下脂膜过氧化程度的影响:随着温度的降低，对照组与处理组分蘖节和叶片的相对电导率和丙二醛含量均表现出逐渐增加的变化趋势，且峰值出现在-25℃;不同部位相比，均表现出分蘖节小于叶片。外源MeJA处理，降低了低温胁迫下冬Dn1叶片及分蘖节的相对电导率和MDA含量，保护了其膜系统的稳定性，从而提高了其抗寒性。
　　(2)外源MeJA处理对低温胁迫下渗透调节物质的影响:随着温度的降低，对照组与处理组分蘖节和叶片脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均呈现先增加后降低的趋势，-10℃达到峰值;不同部位相比，均表现出分蘖节大于叶片。外源MeJA处理，提高了低温胁迫下Dn1叶片及分蘖节脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的积累，提高了Dn1分蘖节的保水力及渗透调节能力，进而提高了其抗寒性。
　　(3)外源MeJA处理对低温胁迫下主要抗氧化酶活性的影响:随着温度的降低，对照组与处理组的SOD活性逐渐增加，至-25℃达到峰值，POD活性先升高后降低，峰值出现在-10℃，CAT活性逐渐降低，最大值出现在5℃;不同部位相比，SOD、CAT活性表现出分蘖节小于叶片，POD活性分蘖节大于叶片。不同浓度MeJA处理，均提高了Dn1叶片和分蘖节中SOD、POD、CAT活性，且1mmol/L MeJA处理效果更明显。SOD、POD、CAT活性的提高，有利于活性氧、自由基等毒害物质的清除，提高了植物的抗氧化能力，从而提高了Dn1的抗寒性。
　　(4)不同浓度相比，1mmol/L MeJA处理作用最显著。不同低温胁迫下，-10℃下植物体内积累的保护性物质最多、保护性酶活性最大，抗寒性最强。1mmol/L MeJA处理下Dn1的返青率最大，达到91.5％。
　　(5)1mmol/L外，源MeJA处理下，随着温度的降低，Dn1小麦叶片和分蘖节TaPDF1.2、TaCOI1、TaMYC2基因表达量均呈现先增加后降低的变化趋势，-10℃达到最大。外源MeJA处理，均显著提高了冬小麦叶片及分蘖节中TaPDF1.2、TaCOI1、TaMYC2基因的表达量(P＜0.05)。TaPDF1.2是JA响应基因，其表达量的增加表示JA的积累;TaCOI1、TaMYC2是JA信号转导途径关键基因，其表达量的增加，会启动下游冷诱导相关基因的转录，提高植物的抗寒性。
　　综上，外源MeJA处理，提高了Dn1低温胁迫下的抗寒生理，提高了TaPDF1.2表达量，促进了内源JA含量的积累，提高了Dn1JA信号转导途径中TaCOI1、TaMYC2基因的相对表达，进而提高了Dn1的抗寒性。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 低温胁迫对植物的影响

1．2 低温胁迫对植物生理生化指标的影响

1．2．1 低温胁迫对植物膜系统的影响

1．2．2 低温胁迫对植物渗透调节物质的影响

1．2．3 低温胁迫对植物抗氧化酶系统的影响

1．3 低温对植物内源激素、相关基因表达的影响

1．4 JA对植物的影响

1．4．1 JA对植物低温胁迫的影响

1．4．2 JA对植物抗旱、抗盐胁迫的影响

1．5 JA代谢

1．5．1 茉莉酸的生物合成

1．5．2 茉莉酸信号转导途径

1．5．2 JA响应基因

1．6 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验设计和取材

2．3 引物设计

2．4 试验仪器及试剂

2．4．1 试验仪器

2．4．2 试验试剂

2．5 试验方法

2．5．1 细胞膜透性的测定

2．5．2 丙二醛含量的测定

2．5．3 可溶性蛋白含量的测定

2．5．4 可溶性糖含量的测定

2．5．5 脯氨酸含量的测定

2．5．6 超氧化物歧化酶活性的测定

2．5．7 过氧化物酶活性的测定

2．5．8 过氧化氢酶活性的测定

2．5．9 实时定量PCR

2．6 试验数据统计分析

2．7 技术路线

3 结果与分析

3．1．1 对低温伤害程度的影响

3．1．2 对丙二醛含量的影响

3．1．3 对脯氨酸含量的影响

3．1．4 对可溶性蛋白含量的影响

3．1．5 对可溶性糖含量的影响

3．1．6 对超氧化物歧化酶的影响

3．1．7 对过氧化物酶的影响

3．1．8 对过氧化氢酶的影响

3．2 东农冬麦1号返青率调查

3．3 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1 TaPDF1．2、TaCOI1、TaMYC2基因表达的影响

3．3．1 东农冬麦1号总RNA的提取及DNaseI处理

3．3．2 基因引物特异性检测结果

3．3．3 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1叶片和分蘖节TaPDF1．2表达变化的影响

3．3．4 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1叶片和分蘖节TaCOI1表达变化的影响

3．3．5 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1叶片和分蘖节TaMYC2表达变化的影响

4 讨论

4．3 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1抗氧化酶活性的影响

4．4 外源MeJA处理对低温胁迫下Dn1 JA信号转导途径相关基因的影响

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文