抗氰呼吸途径调控青稞叶片衰老的分子机制研究

The early aging of plants is one of the main limiting factors affecting the development of agriculture, gardening and storage and preservation. Highland barley, a typical and most important crop in Qinghai-Tibet Plateau region, showed great adaptability in a variety of harsh environments. Studies indicated the stresses and some signal molecules enhance the alternative pathway. Recent studies have shown that Cyanide (CN)-resistant respiration plays an important role in fruit ripening. In here, our primarily studies showed that there is closer correlation between cyanide-resistant respiration and leaf senescence in highland barley. Our project will investigate the relationship of CN-resistant respiration, NO and ethylene release and related signal transduction during leaf senescence, and reveal the mechanism of CN-resistant respiration mediated the leaf senescence in different highland barley cultivar (the late senescent and the early senescent). Completion of the project would find some new important function of CN-resistant respiration, and provides theoretical guidance to molecular breeding of highland barley.

植物提前衰老是影响农业、园艺和贮藏保鲜业等发展的主要限制因子之一。青稞是青藏高原最具特色的农作物，对复杂多变的极端环境表现出了极高的适应性。研究表明植物抗氰呼吸的发生和运行程度与植物胁迫耐受性紧密相关。最近研究发现抗氰呼吸还能够调节果实成熟。我们的初步实验结果表明抗氰呼吸的运行程度与青稞叶片的衰老之间存在一定的相关性。本项目以晚衰型和早衰型青稞作为材料，研究叶片衰老过程中抗氰呼吸与NO、乙烯之间的调节关系，并探讨抗氰呼吸在叶片衰老过程中的作用和具体的调节机理。该项目将进一步发现抗氰呼吸新的重要功能，并可为分子遗传育种提供理论依据。

本项目旨在探究青海高原重要农作物青稞叶片衰老的机制，为了揭示不同产地青稞在衰老方面的差异，收集不同产地的青稞种子，进行衰老实验，结果筛选到了早衰型（ES）和晚衰型（LS）青稞品种，经过暗诱导衰老，发现早衰型的叶片发黄时间明显提前于晚衰型，叶绿素含量进一步确定了这种现象。外源使用抗氰呼吸途径抑制剂SHAM，两种品种间的衰老差异明显降低，并且两种品种的衰老进程加快，通过DAB染色发现在衰老过程中，早衰型植株叶片中H2O2的积累明显高于晚衰型，SHAM处理可以降低这种差异，与没有添加的SHAM的相比，积累了更多的H2O2。通过Western-Blot技术检测AOX蛋白表达发现，早衰型和晚衰型品种在衰老过程中，AOX蛋白的表达呈现明显的差异。而且发现，暗处理6天后，G6PD活性在晚衰型中高于早衰型。如果外源使用G6PD抑制剂葡糖胺，两种品种间的衰老差异明显降低，并且两种品种的衰老进程加快，通过DAB染色发现在衰老过程中，早衰型植株叶片中H2O2的积累明显高于晚衰型，葡糖胺处理可以降低这种差异并进一步增加了两个品种中的H2O2积累。通过Western-Blot技术检测G6PD蛋白表达发现，早衰型和晚衰型品种在衰老过程中，G6PD蛋白的表达呈现明显的差异。此外，乙烯抑制剂和外源SNP减缓，但乙烯利和和NO抑制加速青稞叶片衰老，结合转录组结果发现乙烯和一氧化氮通过影响抗氰呼吸途径抑制青稞叶片衰老过程，可能是通过调节氧化还原状态、衰老基因表达、影响激素合成等多通路发挥作用。所得结果将为后期开展青稞叶片衰老机制与育种晚衰青稞提供理论基础。