外源茉莉酸调控黄芩UV-B耐受性的信号通路研究

Scutellaria baicalensis Georgi is a perennial herb belonging to the Lamiaceae family. It is a traditional Chinese herbal medicines recorded by "Chinese Pharmacopoeia", and flavonoids are main active ingredient of S. baicalensis. Ultraviolet-B (UV-B) not only could regulate the flavonoids accumulation of S. baicalensis, but also cause adverse effect on the process of growth. Jasmonic acid (JA), a new plant hormone, has been confirmed as an important signal molecular in plant defense to biotic and abiotic stress. Moreover, regulation effect of JA on plant UV-B tolerance has been ascertained. However, there are a lot of controversies about signal components at JA downstream. Also, the regulatory pathways of JA on tolerance of UV-B stressed plant are needed to be clarified. For the purpose of determine the component and sequence of signal moleculer (NO and/ or H2O2 and/ or Ca2+) in regulation pathway of exogenous JA on UV-B stressed S. baicalensis seedling, the changed of photosynthetic metabolism, antioxidant system and defense metabolic process will be studied by pharmacology, plant physiology, biochemistry and molecular biology method. The study will be benefit to understanding the interaction between UV-B and JA, and to providing the theory basis of artificial regulation S. baicalensis UV-B resistance and improve its quality.

黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）是《中国药典》收载的中药材原植物，其主要活性成分为黄酮类化合物，且其含量受UV-B辐射的调控。茉莉酸（JA）被确定为植物胁迫防御反应的重要信号分子，并且JA对植物UV-B胁迫耐受性的调节作用已被证实。但对于JA调控植物胁迫抗性信号通路尚存不少争议，尤其是外源JA调控植物UV-B胁迫耐受性的信号途径尚未确定。本研究以黄芩幼苗为研究对象，通过施加外源JA，利用药理学、生理生化和分子生物学手段，针对UV-B对植物代谢过程的影响，有目的的从光合代谢过程、抗氧化系统及防御代谢过程三个角度揭示其调控黄芩UV-B抗性的具体途径，从而确定JA下游参与该途径的信号分子类型（NO和/或H2O2和/或Ca2+），阐明各信号分子在通路中位置及相互关系，为进一步全面深入了解JA与UV-B互作的信号通路并揭示JA调控植物UV-B耐受性机理提供依据。

分别以黄芩和小麦幼苗为研究对象，通过对光合作用、抗氧化系统及防御物质进行分析，研究JA对植物UV-B胁迫耐受性的调节作用。结果表明：JA预处理的黄芩通过提高气孔导度，蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度，电子传递速率及光化学淬灭来缓解15天的UV-B胁迫所造成的PSII光化学效率的降低。并能够提高胁迫环境中黄芩的吸收300-360nm波段的黄酮含量发挥防御UV-B辐射的作用，但代价是株高和总生物量的降低。为了解JA对UV-B辐射胁迫下小麦抗氧化系统影响的时间和浓度效应，小麦幼苗接受UV-B辐射前分别用不同浓度JA（1, 2.5, 5, 7.5, 10mmol/L）进行预处理，然后研究其在辐射18小时内MDA，POD，CAT，脯氨酸，紫外吸收物，光合色素浓度的变化。结果表明：外源JA明显降低了CAT活性以及Car含量，但能有效缓解9小时内UV-B造成的POD活性的下降。适合浓度的外源JA能缓解UV-B辐射3,12,18小时所造成的脂质过氧化损伤，但这与POD和CAT无关，而适中浓度的JA（2.5, 5, 7.5 mmol/L）通过增强黄酮及相关酚类物质，花青素，脯氨酸的含量来缓解辐射所造成的膜的氧化损伤。若UV-B辐射时间小于18小时，JA可通过增加光合天线系统体积来降低辐射造成的破坏效应，但随辐射时间延长，调控效应就无法发挥了。此外，我们还对异质UV-B辐射环境中NO在克隆整合过程中作用进行了研究。克隆整合提高异质UV-B辐射环境中活血丹的抗氧化酶活力。将其分别置于同质及异质的辐射环境中，通过比较各分株的紫外吸收物，NO，H2O2含量及PAL活性的结果表明，异质的UV-B辐射环境中，辐射以及非辐射端分株的叶片中紫外吸收物含量都提高了，但是在连接两分株的匍匐茎中期含量并没有变化。而相连的两分株的叶片以及相连接的匍匐茎中NO含量明显提高，H2O2含量变化不大。若在辐射端分株施加NO合成抑制剂及阻断剂，则原本异质环境中非辐射端叶片提高的PAL活性及紫外吸收物含量被抑制了。可见NO参与了克隆分株之间的紫外吸收物的整合过程。我们认为UV-B辐射导致NO含量提高，且NO沿着匍匐茎传递到非辐射端分株，导致PAL活性提高，以及随后的紫外吸收物含量提高。所以紫外吸收物的整合过程是有信号触发的过程，而非物质的直接运输过程。这种克隆植物系统内部的信号传递使得克隆植物作为一个整体来应对外界环境变化。