呼吸代谢在植物应答和抵抗盐胁迫中的作用机制研究

植物呼吸代谢的多样性是植物在长期进化过程中对多变环境的适应性表现。研究表明在衰老、感病、受旱、受伤的植物组织中，戊糖磷酸途径加强；抗氰交替途径也与植物抗逆性、抗真菌和抗病毒病理有关。乙烯、H2O2、NO、cGMP等在植物抗逆性反应中均能起到信号分子的作用。但目前对于呼吸代谢在植物应答和抵抗盐胁迫中的作用，特别是在调控逆境信号及应答相关蛋白基因表达中的作用与机理知之甚少。近来我们研究发现呼吸代谢中G6PDH、AOX和信号分子乙烯、H2O2、NO、cGMP等均在植物耐盐性中起重要作用。本项目拟在前期工作基础上，系统研究植物应答和抵抗盐胁迫的信号(乙烯、H2O2、NO、cGMP等)传导途径，探讨盐胁迫下植物呼吸代谢和抗盐信号传导途径与植物抗盐性间相互关系及其与抗盐相关应答蛋白基因表达调控的关系，进而提出呼吸代谢在植物抗盐信号传导及应答相关蛋白基因表达中的调控机制，为提高作物的抗盐性提供理论基础。

植物呼吸代谢的多样性是其在进化过程中对多变环境的适应性表现。磷酸戊糖途径是除糖酵解外葡萄糖的另一降解途径，该途径广泛参与了植物生长发育调节和对逆境的响应；抗氰交替途径也与植物的抗逆性有关。本项目以大豆、水稻、青稞为材料，探讨了呼吸代谢在植物逆境（盐、干旱、重金属）适应性中的作用与调节机理。主要研究结果显示：(1) 磷酸戊糖途径参与了水稻对盐胁迫的耐受，H2O2在此过程中起信号调节作用；(2) 进一步研究发现，盐胁迫下磷酸戊糖途径的限速酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH ）在维持水稻悬浮细胞氧化还原平衡中具有双重调控作用，G6PDH 和 NADPH 氧化酶作为互作体系共同维持着水稻悬浮细胞的氧化还原平衡；（3）干旱胁迫下，提高的G6PDH水平稳定了大豆根中抗氧化小分子（GSH、Asc）的水平，参与了大豆对干旱胁迫的耐受，在此过程中，H2O2信号参与了对抗坏血酸-谷胱甘肽循环中酶的活性调节；（4）AlCl3胁迫下，内源腐胺(Put)通过影响细胞壁多糖含量进而增加大豆根的Al毒性；（5）交替途径参与了青稞对低氮胁迫的耐受。低氮胁迫导致叶绿体中还原力的大量积累，进而会导致活性氧累积和光抑制发生，降低光合效率。此时，苹果酸穿梭机制会被激活，其限速酶NADP-MDH活性显著增加，该途径可将叶绿体中过剩的还原力转移到线粒体中通过交替途径耗散，进而维持了青稞叶片的光合能力。该研究系统地探讨了呼吸代谢在植物逆境适应性中的作用与调节机理，可为分子遗传育种提供理论依据。