淹水脅迫下活性氧及抗氧化酶活性變化對(duì)小麥胚乳細(xì)胞編程性死亡進(jìn)程的影響.pdf

1、前期研究表明淹水脅迫會(huì)導(dǎo)致小麥胚乳細(xì)胞編程性死亡(programmed celldeath,PCD)進(jìn)程提前。為探尋其發(fā)生的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制,本研究以耐濕品種華麥8號(hào)(Hua8)和不耐濕品種華麥9號(hào)(Hua9)為材料,在小麥開花期進(jìn)行淹水處理,從顯微和超微結(jié)構(gòu)水平研究了胚乳發(fā)育過(guò)程中活性氧(reactive oxygenspecies,ROS)的動(dòng)態(tài)變化；利用實(shí)時(shí)定量PCR研究了胚乳細(xì)胞中抗氧化關(guān)鍵酶:NADPH硫氧還蛋白還原酶(NADP

2、H thioredoxin reductase,NTR)、Mn超氧化物歧化酶(Mn superoxide dismutase,MnSOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)的基因表達(dá)情況,同時(shí)研究了SOD、CAT的活性變化。另外,研究了利用抗壞血酸、甘露醇2種活性氧清除劑處理淹水植株和利用外源過(guò)氧化氫(H2O2)處理未淹水植株對(duì)小麥胚乳細(xì)胞PCD進(jìn)程的影響。研究結(jié)果表明:
　　 1.未淹水處理下,熒光探針檢測(cè)到耐濕品種Hu

3、a8和不耐濕品種Hua9胚乳細(xì)胞中ROS含量均在12 DAF(開花后天數(shù))、15 DAF升高,此后減少；并且超微細(xì)胞化學(xué)定位發(fā)現(xiàn),在12 DAF和15 DAF,H2O2和O2-主要在細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、線粒體中積累。淹水7 d處理下,與未淹水處理相比,Hua8和Hua9胚乳細(xì)胞中ROS含量均大量增加,并在12 DAF達(dá)到最大,此后逐漸減少。高強(qiáng)度淹水脅迫下(淹水12 d),Hua8和Hua9胚乳細(xì)胞中ROS含量依然在12 DAF達(dá)到最高水平

4、；此后,Hua8逐漸減少,而Hua9依然非常高,直到18 DAF時(shí)才開始減少。超微細(xì)胞化學(xué)定位發(fā)現(xiàn),在12 DAF和15 DAF,Hua8和Hua9胚乳細(xì)胞中H2O2、O2-在細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、線粒體處大量積累,而且細(xì)胞膜變形破裂,線粒體膨脹破裂。
　　 2.未淹水處理下,在12 DAF至18 DAF之間,耐濕品種Hua8和不耐濕品種Hua9胚乳細(xì)胞中抗氧化酶NTR、MnSOD、CAT基因表達(dá)量逐漸降低,SOD和CAT活性不斷下降

5、。淹水7 d處理下,與未淹水處理相比,Hua8同期胚乳細(xì)胞中CAT基因表達(dá)量升高,但活性下降,說(shuō)明CAT可能在轉(zhuǎn)錄后和翻譯后受到了抑制；MnSOD表達(dá)量升高,SOD活性升高,并且NTR表達(dá)量較大幅度的升高。而Hua9同期胚乳細(xì)胞中CAT基因表達(dá)量和活性均較大幅度的下降,而且MnSOD表達(dá)量和SOD活性下降,并且NTR表達(dá)量較小幅度的升高。高強(qiáng)度淹水脅迫下(淹水12 d),Hua9胚乳細(xì)胞中CAT和SOD活性下降的幅度加大,并且NTR基因

6、表達(dá)量在15 DAF開始下降；而Hua8胚乳細(xì)胞中SOD活性依然增加,且NTR基因表達(dá)量增加的幅度加大。
　　 3.用10、100、200 mmol/L外源H2O2處理均能導(dǎo)致胚乳細(xì)胞Evans Blue著色變深,發(fā)生PCD的細(xì)胞增多。DNA laddering檢測(cè)發(fā)現(xiàn)100、200 mmol/L H2O2處理均能導(dǎo)致胚乳細(xì)胞DNA片段化加劇,且200 mmol/L H2O2處理的胚乳細(xì)胞DNA片段化更為嚴(yán)重。說(shuō)明,外源H2O2

7、能夠?qū)е屡呷榧?xì)胞PCD加劇。
　　 4.活性氧清除劑顯著抑制了淹水脅迫對(duì)胚乳細(xì)胞PCD進(jìn)程的推動(dòng)作用。利用抗壞血酸、甘露醇2種活性氧清除劑處理淹水植株,與未處理的淹水植株相比,Evans Blue著色變淺,胚乳細(xì)胞DNA片段化減輕。
　　 上述結(jié)果表明,ROS介導(dǎo)了正常生長(zhǎng)胚乳細(xì)胞的PCD過(guò)程。淹水脅迫下,抗氧化酶活性下降和ROS積累可能是胚乳細(xì)胞PCD加劇和進(jìn)程提前的主要原因。ROS可能作為信號(hào)分子調(diào)控胚乳細(xì)胞中與代謝