鲜切芽苗机械损伤防御反应形成中茉莉酸信号的产生机制

Fruit and vegetable will produce a defense reaction after mechanical injury. It was an important project to research injury defense mechanism and reasonable control on postharvest storage and processing of fruits and vegetables. Taking fresh-cut sprouting vegetables as materials, and under the basis of jasmonic acid as a signal molecule and transmission between intercellular and intracellular which have been determined in early study, also using the means of modern cytobiology and molecular biology, the mechanical of producing jasmonic acid signal after injury were studied. First we began with the jasmonic acid synthesis and transformation, and identify the key component and key enzymes of jasmonic acid signal; and then focuses on the analysis of the key enzymes and activity regulation mechanisms, including protein, gene expression characteristics and distributed characteristics; further we research the key enzyme activation and related upstream components which was accumulated by jasmonic acid, also its function. Through these studies the cytological mechanism will be revealed about jasmonic acid signal induced by the mechanical damage, and gradually improve jasmonic acid signal transmission chain which related defense reactions. It will provides the method and basis for establish regulatory measures by chemical and gene engineering control and improving the quality of postharvest storage and processing of fruits and vegetables.

果蔬遭受机械损伤后会产生相应的防御反应，研究伤害防御反应的形成机制并进行合理调控，是果蔬采后贮运加工领域的重要课题。本项目以鲜切芽苗为试材，在前期已确定茉莉酸作为伤信号分子，并对其在胞间和胞内信号传递初步研究的基础上，运用现代细胞生物学和分子生物学的研究手段，着重开展机械伤害触发茉莉酸信号产生机制研究。首先从茉莉酸合成和转化途径入手，对参与茉莉酸信号产生的关键组分鉴定，锁定关键酶；进而重点分析该关键酶的运作特性和活性调节机制，包括基因和蛋白表达特性、区域化分布特征；在此基础上，进一步研究与该关键酶活化、茉莉酸积累相关的上游组分，并初步探明其作用特性。通过这些研究将阐明机械伤害诱导茉莉酸信号产生的分子细胞学机制，逐步完善与伤害防御反应相关的茉莉酸信号传递链。研究结果也为最终通过化控技术或基因工程建立调控措施，提高果蔬采后贮运加工品质提供方法和依据。

研究伤害防御反应形成机制并进行合理调控是果蔬采后贮运加工领域的重要课题。本项目以豌豆芽苗为试材，在前期已确定茉莉酸（JA）伤信号分子研究基础上，运用细胞生物学和药理学方法，开展机械伤害触发茉莉酸信号产生与传递特性的研究。主要研究结果：（1）豌豆芽苗具有对机械胁迫和外源茉莉酸主动响应并形成多重防御反应的能力，表现为苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）、胰蛋白酶抑制剂（TI）、和胰凝乳蛋白酶抑制剂（CI）活性升高、木质素含量增加。（2）机械伤害触发JA积累，并呈一高一低两阶段响应模式，与此相对应，JA生物合成底物亚麻酸、亚油酸在伤害早期大幅积累；LOX则呈一低一高两峰值变化。抑制LOX活性能部分抵消机械伤害触发的JA 早期积累，几乎完全抵消JA的后期积累，并有效抑制伤害防御反应形成。外施亚油酸能诱导JA迅速积累，伤害防御反应也被诱导部分提高。表明JA生物合成底物和催化酶均参与机械伤害诱导的JA产生，早期JA积累更大程度受底物调节，后期则主要受催化酶活性调控，激活底物合成酶系及LOX的表达可能是JA从头合成的调节机制。（3）机械伤害和外源JA 可以诱导豌豆叶片NO迸发；硝酸还原酶（NR）表现出与NO高度同步性特征；清除NO，伤害和JA诱导的PAL活性提高、木质素含量增加被抑制，但并不改变TI、CI活性提高；外施NO供体在不经伤害或JA处理条件下能诱导PAL活性、木质素含量提高，不改变TI、CI活性。表明伤害防御反应形成存在多个路径分支，其中NO可能位于JA信号下游，作为第二信使参与PAL活化和木质素积累，蛋白酶抑制剂不受NO信号调控，NR途径在NO信号形成中发挥主导作用。（4）NO能有效提高豌豆叶片抗氧化酶类SOD、POD、CAT、APX活性，并降低活性氧积累，减轻膜脂过氧化损伤。这些研究结果为逐步完善伤害防御反应形成机制提供重要依据，同时也为最终实现人为调控伤害防御反应，提高果蔬采后贮运加工品质提供重要的方法和手段。