植物活體成像系統應用探究褪黑素對低溫脅迫下油菜幼苗抗寒性的影響

瀏覽次數：2148　發布日期：2023-5-19　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

近日，西北師范大學生命科學學院揭示了NO和Ca²⁺通過激活油菜幼苗的MAPK級聯參與Mel誘導的耐寒性的增強，且NO和Ca²⁺信號之間可能存在串擾。相關研究成果以“Involvement of NO and Ca²⁺ in the enhancement of cold tolerance induced by melatonin in winter turnip rape (Brassica rapa L.)”為題發表在《Plant Physiology and Biochemistry》（IF＝5.437）。

▲ 《Plant Physiology and Biochemistry》

低溫是限制植物生長、地理分布和產量的主要環境因素。低溫脅迫對植物的影響主要表現在細胞水的失調、膜系統的破壞、氧化還原平衡的失調、光合速率的降低以及生理代謝等的改變。

褪黑激素（Mel）是一種廣泛存在于動物和植物中的吲哚類色胺。在第一個植物Mel受體CAND2/PMTR1被鑒定后，植物褪黑激素被認為是一種植物激素，廣泛參與種子發芽、植物生長發育、根部形態發生和果實成熟。

然而，越來越多的研究揭示了Mel在增強植物對生物和非生物脅迫的抵抗力方面的功能。Ca²⁺或NO作為兩個信號分子，在執行Mel功能時發揮著重要作用，但這些信號分子是否也參與Mel介導的油菜種子幼苗的耐寒性，以及它們之間是否存在串擾，仍然是未知的。

為了研究Mel對耐寒性的增強是否依賴于Ca²⁺和NO信號傳導，本研究以 "龍油8號 "品種為實驗材料，初步研究了外源性Mel對冷脅迫下油菜幼苗Ca²⁺濃度和NO含量的影響，并且為了進一步證明這兩種信號分子在Mel介導的耐寒性中的作用，研究人員還測定了不同處理下各種抗氧化酶和MAPK級聯中兩個關鍵酶，即MAPK3和MAPK6的基因表達水平。

▲ 用于研究NO和Ca²⁺在Mel誘導的耐寒性增強中的作用的處理方案

在本研究中，NO合成抑制劑或Ca²⁺信號阻斷劑處理明顯抑制了Mel對冷脅迫下油菜幼苗的生物量、滲透平衡、氧化還原平衡和光合效率的調節作用，說明Ca²⁺和NO信號的參與提高了Mel介導的耐寒能力。

低溫對油菜幼苗造成了嚴重的損害，表現為油菜幼苗相對含水量的減少、氧化應激的產生和光合作用的抑制。然而，用Mel預處理可以顯著緩解低溫誘導的損傷，因此Ca²⁺和NO對于Mel介導的油菜幼苗的耐寒性是必要的。

MAPK信號級聯是植物對逆境脅迫反應的一個完整途徑，與植物激素信號密切相關，MAPK3和MAPK6作為MAPK家族的成員，發揮著不可替代的作用，特別是在植物對冷脅迫的反應中。

研究人員發現Mel增加了冷脅迫下油菜幼苗MAPK3和MAPK6基因的表達水平，表明Mel介導的油菜幼苗耐寒能力的增強依賴于MAPK級聯。在冷脅迫下，NO合成抑制劑或Ca²⁺信號阻斷劑與Mel的聯合處理顯著逆轉了Mel對油菜幼苗MAPK3/6的誘導，表明NO和Ca²⁺是Mel增加MAPK級聯表達的必要條件。