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揭示小麦种子萌发期应对逆境胁迫的响应机制
日期:2020-11-17 作者:未知 来源:中国科学院 点击:
 植物的生长发育过程受到环境胁迫或自然灾害的影响。小麦是重要的粮食作物之一,但是其在生长过程中常受到干旱、高盐和洪涝等逆境的影响;其中,小麦种子的萌发易被各种胁迫延缓乃至打断,进而影响幼苗生长和最终的产量及品质。对于小麦响应逆境胁迫的相关研究大多集中在幼苗和后期生长阶段,对于小麦种子在萌发期应对逆境胁迫的响应机制却鲜有报道。
    中国科学院南京土壤研究所研究员兰平课题组对萌发期的小麦种子采用 PEG、NaCl 和淹水处理,分别模拟干旱、盐胁迫和洪涝灾害。研究发现,这些逆境均会对种子萌发造成负面影响,其中,淹水损害严重,会导致种子不能正常萌发。
    进一步对这些胁迫下小麦种子胚和胚乳分别进行蛋白组学分析发现,种子的不同部位均能通过多种方式响应干旱、盐和淹水胁迫。小麦种子胚中主要通过小分子物质代谢、苯丙烷类物质生物合成和脂肪酸降解等途径以应对不同胁迫。此外,小麦种子胚还分别通过半胱氨酸、甲硫氨酸代谢及淀粉和蔗糖代谢以适应 PEG、NaCl 胁迫和淹水胁迫。
    胚乳通常被认为主要为种子的萌发提供营养。该研究通过比较蛋白组学发现,小麦种子胚乳中在干旱、盐和淹水胁迫下氧化磷酸化和泛素介导的蛋白质水解过程等发生变化,进而调节能量和蛋白质代谢,这表明胚乳在应对不同的非生物逆境胁迫响应中发挥特定功能。结合生理生化分析发现,与胚乳相比,胚对胁迫的响应更剧烈、速度快;淹水对种子萌发的影响严重,干旱和盐较温和。该研究发现,小麦种子在萌发期应对不同胁迫下具有普适性的代谢通路,如苯丙烷类物质、脂肪酸合成和代谢过程等,这可为后续抗逆作物的选育提供指导。
    近期,相关研究成果发表在 Plant Molecular Biology 和 Journal of Proteomics 上。研究工作得到国家重点研发计划项目、国家重点基础研究发展计划(973 计划)、旱区作物逆境生物学国家重点实验室开放课题的支持。
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