SnRK1调节黄瓜水苏糖代谢响应弱光亚低温胁迫的研究

蔗糖非发酵相关蛋白激酶1（SnRK1）在蔗糖运输型植物碳水化合物代谢响应弱光亚低温等导致的"饥饿"胁迫时起核心调节作用，但该激酶在黄瓜等水苏糖运输型植物遭遇类似胁迫时是否也有重要调控功能目前并无研究。本项目在获得SnRK1调节黄瓜水苏糖代谢初步证据的基础上，拟通过分析黄瓜SnRK1过量表达株和RNAi抑制表达株，采取整株处理与不同碳源培养悬浮细胞相结合、长期胁迫与短期胁迫相结合的方法，研究弱光亚低温胁迫下黄瓜源库器官中与水苏糖代谢相关的糖的数量变化以及SnRK1和水苏糖代谢过程中重要酶基因的mRNA表达变化、蛋白质表达变化和酶活性变化，以期探明黄瓜水苏糖代谢对弱光亚低温胁迫的响应方式，查清水苏糖代谢相关糖对SnRK1的调节作用以及SnRK1对水苏糖代谢重要酶基因的调控作用，揭示SnRK1在水苏糖代谢对"饥饿"胁迫响应中的调节功能，为植物逆境生理提供新知识，为冬季设施黄瓜育种和栽培提供依据。

黄瓜是冬季设施栽培的常见蔬菜，常遭遇弱光或亚低温导致的饥饿胁迫。蔗糖非发酵相关蛋白激酶1（SnRK1）在蔗糖运输型植物响应饥饿胁迫时起核心调节作用，但该酶在黄瓜等水苏糖运输型植物遭遇类似胁迫时是否也有调控功能目前并无研究。本项目首先通过无碳源或分别以葡萄糖、蔗糖、半乳糖、棉子糖、水苏糖为碳源培养黄瓜愈伤组织，模拟“饥饿”或各种同化物供应状态，发现愈伤组织中SnRK1的表达和活性饥饿胁迫后上升，胁迫解除后下降；海藻糖和激酶抑制剂试验表明，SnRK1介导的信号系统参与了饥饿对碱性α-半乳糖苷酶1、2、3的调节，但与肌醇半乳糖苷酶4表达下调无关。上述结果表明SnRK1在水苏糖运输型植物饥饿反应中也有重要调节作用。进一步以黄瓜幼苗开展低温弱光胁迫试验，发现低温胁迫后叶肉细胞内蔗糖、肌醇半乳糖苷、棉子糖、水苏糖含量上升，恢复常温后上述糖的含量逐步恢复至正常水平。各种糖及相关酶的亚细胞定位研究表明，低温胁迫后叶绿体内的棉子糖以及液胞内的棉子糖和水苏糖均在细胞质内合成，然后再运输至叶绿体或液胞内。黄瓜肌醇半乳糖苷合成酶2和3以及棉子糖合成酶被低温诱导表达，在抵御冷害胁迫过程中起重要作用，而酸性α-半乳糖苷酶3以及碱性α-半乳糖苷酶2和3恢复常温后细胞内棉子糖家族寡糖（RFOs）分解过程中起重要作用。遮光处理后黄瓜叶片中SnRK1增加，蔗糖含量上升，RFOs含量下降，RFOs合成相关酶基因的表达和活性下降，表明SnRK1在弱光胁迫调节中也有重要作用。进一步以黄瓜结果株为材料研究同化物供应不足条件下SnRK1在源库调节中的作用，发现黄瓜植株上第一果果柄中蔗糖含量及T6P活性明显高于第二果，SnRK1则在第二果果柄中的活性较高，且去除第一果或用BA处理第二果后第二果生长速率和库强均有所增加，同时果柄中蔗糖及T6P水平显著升高，而SnRK1活性则有所降低。这些结果表明SnRK1和T6P介导的信号系统参与了黄瓜植株果实间的养分竞争。此外，本项目还发现糖信号和ABA参与了低温诱导的黄瓜雌花分化。综上所述，本项目首次证实了SnRK1在水苏糖运输型植物饥饿胁迫中的调节作用，此外，对黄瓜果实间的养分竞争以及低温诱导黄瓜雌花分化机理的研究结果也未见其他报道。这些结论可为以黄瓜为代表的葫芦科植物冬季设施栽培和育种提供理论依据。