臭氧浓度升高对银杏抗坏血酸含量及其代谢相关酶活性、抗逆基因表达的影响机制

Elevated ozone (O3) in troposphere is an important aspect of global change, has become a worldwide environmental problems. The extreme ozone concentrations (160nmol/mol, 200nmol/mol) have simulated in the open top chamber to fumigate Ginkgo biloba plantlet. We will determine ascorbic acid in the redox state of its antioxidant metabolic activity changes, and analyze of the relationship among them. In the transcriptional level, the real-time quantitative PCR and/or northern blotting method have been used to measure stress-related gene expression under elevated O3 ,to analyze the molecular mechanisms of ascorbic acid redox state and changes in related enzymes activity, and stress-related gene expression in high O3 concentrations , to discuss the signaling pathway cascade mechanism induced by elevated O3, and to analyze comparatively the resistance acclimation of Ginkgo biloba in long-term high concentrations of O3 fumigation. Based on the results as above, we could obtain the mechanism of the plants response to elevated O3 in the molecular level, and long-term high O3 fumigation induced the Ginkgo biloba resistance acclimated mechanism, to provide the basis for breeding highly resistant species to adapt to the changes of future atmosphere environment.

近地层臭氧（O3）浓度升高是全球变化的重要因子，已经成为世界范围内的环境问题。本项目通过开顶箱模拟的方法，以极端臭氧浓度（160nmol/mol、200nmol/mol）熏蒸银杏幼苗。检测抗坏血酸含量、氧化还原态及其抗氧化代谢相关酶活性的变化，并分析二者的关系。同时采用实时定量 PCR与northern blotting方法相结合，在转录水平上检测高浓度O3条件下银杏抗逆相关基因表达，分析抗坏血酸氧化还原态及相关酶活性变化与相关基因表达的分子机制，探讨由高浓度O3刺激银杏启动相应信号通路的级联反应机制，并比较分析长期高浓度O3熏蒸对银杏抗性驯化反应，从分子水平上阐明植物对高浓度O3的响应机理及长期高浓度O3熏蒸所诱导银杏抗性驯化机制，为选育适应未来气体环境变化的高抗树种提供依据。

为研究银杏在抗逆基因表达水平上对高浓度臭氧的响应机制，本研究以3年生银杏幼苗为实验材料，以自然条件下O3浓度为对照，设置80 、120 、160、200 nmol•mol-14个O3浓度梯度，检测O3熏蒸条件下抗氧化非酶物质抗坏血酸（AsA）与谷胱甘肽（GSH）氧化还原态含量及其相关抗氧化酶（SOD、APX、GR等）活性变化、活性氧（H2O2和O2-.）的积累、并利用qRT-PCR技术研究高浓度O3熏蒸对3种超氧化物歧化酶（Fe-SOD、Cu/Zn-SOD和Mn-SOD）、CAT、POD、APX和谷胱甘肽巯基转移酶（GST）等基因表达的变化，应用Western-Blot技术研究高浓度O3对MAPKs信号通路蛋白表达的变化并比较分析长期高浓度O3熏蒸对银杏抗性驯化反应。结果表明：（1）低浓度O3（80 nmol•mol-1）熏蒸下的银杏叶片在整个处理期间受到的伤害程度较小；而高浓度O3(160nmol•mol-1 与200 nmol•mol-1)对银杏的叶面伤害与处理时间和O3浓度呈正相关。（2）80 nmol•mol-1臭氧处理促进AsA的合成和提高AsA的氧化还原能力；200 nmol•mol-1臭氧处理抑制AsA的产生和降低AsA/DHA的比值。臭氧胁迫提高银杏叶片中GSH的含量，但GSH/GSSG的比值会在200 nmol•mol-1条件下受到抑制。(3)低浓度O3条件下活性氧处在较低水平，高浓度O3处理的前期银杏叶片O2-.产生速率增加，MDA含量上升，SOD、CAT、 APX、MDAR、DHAR、GR活性上升，H2O2含量下降。O3处理后期（>20d），CAT、SOD、APX、DHAR、MDAR、GR等酶活性下降，O2-.产生速率和H2O2含量均显著增加， MDA含量增加。（4）O3浓度升高银杏叶片POD、CAT、APX、Fe-SOD等抗氧化酶基因在臭氧胁迫前期被快速诱导。Mn-SOD、Cu/Zn-SOD和GST基因的转录物在胁迫处理后期表达量明显的上调，200 nmol•mol-1 臭氧抑制GST基因的表达。MAPks信号通路蛋白JNK、ASK1和p38表达，ASK1是JNK蛋白激酶和p38MAPK蛋白激酶的共同上游，可以激活银杏叶片细胞中JNK、p38MAPK信号通路。