拟南芥表皮蜡质环境诱导性变化的分子机制及在甘蓝型油菜抗（耐）病性中的功能研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31000122
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
倪郁
依托单位：
西南大学
学科分类：
C0206.植物激素与生长调节物质
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
谌利；曲存民；窦彦霞；万华方；王婧；周银珠；
关键词：
拟南芥环境胁迫蜡质突变体油菜表皮蜡质

项目摘要

国内外研究表明：覆盖植物地上部分最表层的表皮蜡质在植物生长发育、适应外界环境方面起重要作用。但对表皮蜡质如何响应环境胁迫缺乏系统研究。本项目以拟南芥野生型colambia、蜡质不同程度缺失突变体cer1、cer4、kcs1、cer6、cer10、cer3、cer11、cer20及抗（耐）菌核病不同的两个甘蓝型油菜品种为材料，研究紫外线、低温、土壤水分、空气湿度和病害胁迫条件下，表皮蜡质含量、组分及蜡质晶体结构的变化规律；分析蜡质成分对应蜡质层形态结构的关系；结合RT-PCR技术分析各逆境条件诱导表达的主要蜡质基因、特异性蜡质组分；分析评价表皮蜡质在抗（耐）病性中的地位与作用；最终揭示在各逆境条件下发挥生物学作用的主要蜡质成分及表皮蜡质响应环境胁迫变化的分子机制。其研究成果可望揭示植物表皮蜡质与环境互作机制，为选育作物抗性品种提供理论依据和借鉴，为逆境抗性的遗传改良及材料创新提供新途径。

结项摘要

我们以拟南芥野生型、蜡质缺失突变体以及甘蓝型油菜抗、感品种为材料，研究了表皮蜡质对环境胁迫的响应。环境胁迫下，拟南芥蜡质晶体结构在分布密度、形状与大小方面发生了不同程度的变化。低温胁迫后，野生型拟南芥蜡质晶体熔融成片，大面积覆盖茎秆表面，这可能一定程度上起到了低温阻隔作用，并减少水分散失。增强的UV-B辐射使表皮蜡质松针状（cer1）、柱状、杆状（cer3、cer10与kcs1）晶体结构显著减少，球状蜡质晶体类型出现在cer6表面，无规则片状、膜状结构覆盖在kcs1与cer10茎表面。野生型拟南芥蜡质晶体结构类型无明显变化，但在部分区域积累了大量水平杆状、管状结构，增加了蜡质层厚度。蜡质层结构在菌核病菌胁迫下表现为：杆状、松针状蜡质晶体减少——蜡质晶体熔融——表皮“囊状凸起”——表皮膜层破裂。这些结构变化有利于病菌突破角质层屏障而侵入到植株体内。环境胁迫下也改变了拟南芥表皮蜡质组分的分泌量。低温胁迫下，蜡质组分中烷类与次级醇含量的上升是响应低温胁迫的主要方式，蜡质总量的增加主要来自于烷类的增加。一级醇含量的增加及酮和次级醇含量的减少在拟南芥各材料响应UV-B辐射和接种处理中具有普遍性。低温胁迫诱导了野生型CER1 基因的强势表达，植株通过上调CER1 的表达促进烷类物质的合成以响应低温胁迫，CER1是响应低温胁迫的主要蜡质基因。UV-B辐射增强及接种处理诱导了CER4大量表达，促进了蜡质组分中一级醇的积累。CER1在UV-B及接种处理后表达量下调，使蜡质前体更多地通过酰基还原途径生成一级醇，从而减少了由脱羰基途径所生成的蜡质组分。蜡质组分中一级醇含量可能与病菌侵染相关，油菜叶表皮蜡质的组分及结构是抗病品种抵抗和延迟病原菌侵入的机制之一。