基于代谢组学研究海藻糖促进长春花拮抗低温胁迫机制
长春碱和长春质碱具有高效抗癌活性，而长春花是其重要的来源植物。随着人们对抗癌药物原材料需求的增加，长春花（Catharanthusroseus）种植范围逐渐由南向北延伸。随着纬度增加，气温的降低成为长春花种植、繁育过程中重要的胁迫条件。海藻糖作为一种信号分子能有效的调节植物应对低温胁迫，而海藻糖促进长春花拮抗低温胁迫的代谢机制仍亟待研究。为研究海藻糖促进长春花拮抗低温的机制，为长春花在北方的推广与种植提供理论依据。得到以下结论： （1）与CK相比，LT处理后叶片呈现萎蔫、植株矮小等的现象，LT+T后有一定程度的恢复；叶绿素含量和抗氧化酶的活性在低温胁迫后均显著降低（p＜0.05），外加海藻糖后叶绿素含量恢复到近似对照组水平。叶片中MDA、脯氨酸、总酚和总黄酮含量在低温胁迫后显著上升（p＜0.05），随着海藻糖浓度的增加，这些化合物的含量呈现持续降低的趋势，并且明显低于LT（p＜0.05）。 （2）GC-MS分析，共鉴定出59种初生代谢产物，通过PLS-DA以及VIP值和p值最终共鉴定出23种具有显著差异的化合物。对差异代谢物进行代谢途径富集分析，最后得出半乳糖代谢、硫代谢、淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、柠檬酸循环和果糖和甘露糖代谢是6条受影响最严重的代谢途径。 （3）运用UPLC-MS从长春花叶片样品中初步鉴定出24种酚类化合物。低温胁迫后C6C1型化合物丁香酸和C6C3型化合物绿原酸、咖啡酸和迷迭香酸以及以C6C3C6为骨架的化合物儿茶素、橙皮素、甘草素、高良姜素、芹菜素、槲皮苷、木犀草素、和原儿茶素的含量显著下降（p＜0.01），外加海藻糖后这些化合物的含量显著上升。相反地，C6C3型化合物中对羟基肉桂酸和阿魏酸和以C6C3C6为骨架的化合物大豆苷元、柚皮素、柚皮苷、芦丁、异甘草素、异槲皮苷、染料木苷、脱落酸和山奈酚的含量在LT处理后显著积累（p＜0.05），外加海藻糖后含量显著下降（p＜0.05）。将所得的代谢产物和耐性指标之间进行皮尔森相关性分析发现：初生代谢产物主要有影响渗透调节的潜力，酚类代谢产物可能会影响抗氧化能力。 （4）UPLC-MS测定长春花叶片中7种单帖吲哚生物碱。生物碱代谢途径下游化合物文多灵、长春新碱和长春质碱在低温处理后与外加海藻糖均无显著变化（p＞0.05）。生物碱代谢途径上游化合物色胺、马钱苷、长春碱和它波宁在低温处理后显著上升（p＜0.05）外加海藻糖后显著下降（p＜0.05）。 （5）根据长春花已知酚类代谢途径选取6个酶基因（CrPAL、CrC4H、CrICS、CrCM、CrDXR和CrOMT）;和生物碱代谢途径选取6个关键酶基因（CrTDC、CrSTR、CrLAMT、CrSGD和CrGES）进行Real-TimePCR测定基因的表达水平。除了CrNMT，其他基因在低温胁迫后这些关键酶基因的表达均显著上调（p＜0.01），而外加海藻糖后这些关键酶基因显著下调（p＜0.01）。 综上所述，长春花幼苗对于低温胁迫与海藻糖响应是由多种内部生理生化及代谢调控共同完成的。低温胁迫会对长春花幼苗产生一定的伤害，造成生长和代谢受阻，海藻糖通过调控长春花幼苗的初生代谢和次生代谢（酚类代谢和生物碱代谢）提高长春花幼苗的抗氧化能力和渗透调节能力以此缓解低温胁迫带来的伤害。
长春花;低温胁迫;海藻糖;代谢组学;关键酶基因
东北林业大学
硕士
植物学
唐中华
2021
中文
S685.99
2022-01-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）