外源苯丙烯酸对高温胁迫下黄瓜叶片及根中DNA甲基化的影响

摘要

高温是植物生长过程中常见的胁迫因子，因此，研究植物的抗高温机制和提高植物的耐高温能力对植物的生长具有重要意义。本课题以华北常用黄瓜品种“津春四号”幼苗为材料，报告了外源苯丙烯酸缓解植株的高温胁迫，研究了外源苯丙烯酸对高温胁迫下黄瓜叶片抗氧化酶与DNA甲基化的影响，分离了高温胁迫下外源苯丙烯酸诱导的甲基化差异片段，然后对这些差异片段进行克隆、测序和序列的生物信息学分析。本文从抗氧化酶、整个基因组水平上初步揭示外源苯丙烯酸缓解高温胁迫的机制，为利用甲基化差异基因打下基础，并为其它外源物质缓解植物逆境胁迫的机制研究提供参考。
　　 待黄瓜幼苗长至两叶一心时，以50μM苯丙烯酸(CA)浇灌黄瓜幼苗后于常温(25/18℃)条件下处理2d，然后分别用水和营养液冲洗植株各6次，再将植株放入高温(42/38℃)环境中处理3d。高温胁迫3d后取第二片真叶，测定其抗氧化酶和抗氧化物活性和含量。同时，实验还提取了黄瓜叶片和根部的基因组DNA，并利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术研究黄瓜叶片及根部基因组DNA甲基化的水平和状态变化，对高温胁迫下苯丙烯酸预处理诱导的DNA甲基化差异片段进行回收，克隆和测序分析。主要结果如下：
　　 (1)苯丙烯酸预处理缓解高温胁迫时对黄瓜生长指标及抗氧化酶的影响高温胁迫严重抑制了黄瓜幼苗的生长，使地上部和根系鲜重、第二片真叶的鲜重和干重均显著下降；但CA处理后再进行高温胁迫的黄瓜幼苗中，地上部和根系鲜重、第二片真叶的鲜重和干重相对于未经CA处理的植株明显上升，CA处理缓解了高温胁迫对黄瓜生长的抑制作用。CA处理提高了高温胁迫下黄瓜叶片抗氧化酶SOD、GPX、CAT、APX、GSH-Px、DHAR、MDHAR和GR的活性，增加了高温胁迫下抗氧化物AsA和GSH的含量、叶片内苯丙烯酸的含量、香草酸的含量、脯氨酸及可溶性糖的含量、还原型AsA与氧化型AsA比值以及GSH与GSSG的比值，同时显著降低了高温胁迫下黄瓜叶片MDA的含量、O2.-生成速率以及H2O2的含量，缓解了高温胁迫下ROS对黄瓜叶片的伤害。因此，我们推断，高温胁迫下CA预处理通过提高黄瓜幼苗抗氧化酶的活性和抗氧化物的含量，降低活性氧的含量，进而缓解了高温胁迫诱导的膜脂过氧化损伤，减轻了高温胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制，提高了黄瓜幼苗的抗高温能力。
　　 (2)苯丙烯酸预处理缓解高温胁迫时对黄瓜叶片及根中DNA甲基化的影响MSAP分析结果显示，在高温胁迫下，黄瓜植株DNA甲基化水平发生明显改变；外源CA预处理黄瓜幼苗后，能诱导黄瓜DNA发生去甲基化。高温胁迫提高了黄瓜叶片基因组DNA的总甲基化比率，而H+CA组的总甲基化比率和H-CA组相比有所下降，黄瓜幼苗叶及根部基因组DNA的甲基化变化趋势与叶片形态变化及抗氧化酶的变化趋势一致。对DNA甲基化差异片段进行序列分析后发现，高温胁迫和CA预处理诱导的DNA甲基化主要分布在基因编码区，且所有的MSAP片段呈现出与黄瓜基因组高度的同源性。说明黄瓜植株在基因组范围内调控基因的表达以应对外界高温胁迫和CA预处理。