冬小麦拔节孕穗期低温胁迫过程中内源生长素的应答机制

The use of exogenous substances to regulate crop growth or resistance under low temperature stress is one of the hot spots in crop cultivation research. However, the mechanism of low temperature stress response of endogenous auxin in wheat is still not very clear. In this project, the spatial and temporal distribution of auxin, the main synthetic pathway, the regulation of protein tissue localization and the early response gene expression level under low temperature stress will be analyzed with the LC/MS quantitative techniques, immunohistochemistry and modern molecular biology methods. On the basis of the above research, the effects of regulating protein and early response gene on the distribution and synthesis of auxin will be explained under low temperature stress. Moreover, the response mechanism of endogenous auxin to hypothermia in winter wheat during jointing and booting stages will be clarified.

利用外源物质调控作物生长发育或抵抗低温胁迫是当前作物栽培研究的热点之一，但目前人们对该过程中小麦内源生长素的低温胁迫应答机制尚不清楚。本申请拟采用色谱-质谱联用定量技术、免疫组织化学和现代分子生物学手段，通过在全自动人工气候室实施不同低温处理的小麦盆栽试验，研究低温胁迫下冬小麦内源生长素的时空分布、主要合成途径、调控蛋白组织定位以及早期响应基因表达水平；并基于以上研究，阐明低温胁迫条件下小麦植株调控蛋白和早期响应基因对生长素分布和合成途径的影响，进而明确冬小麦内源生长素对拔节孕穗期低温胁迫的应答机制。

全球气候变化导致极端低温事件频发，同时气候变暖也使得小麦低温敏感期提前，进而增加了小麦遭受低温冷害的概率，因此，低温冷害胁迫对我国乃至全球的小麦生产仍将是一个严峻的挑战。近年来，国内部分高校和科研院所相继开展了外源物质调控作物抗寒性的生理研究和实践应用，然而，关于冬小麦拔节孕穗期低温胁迫过程中植物激素的应答机制还并不明确。其中，生长素极性运输和分布在调控生长素和其他激素信号网络以及协调植物的生长发育中起重要作用，暗示其在低温胁迫条件下植物抗逆性生长中可能发挥的核心作用。通过掌握植物激素应答低温胁迫的相关机理，有助于在实践当中优化冬小麦抗寒性调控的效果。本项目利用人工气候室对耐低温水平不同的两个冬小麦品种，在拔节期和灌浆期实施了自然温度日变化规律下不同低温水平和低温持续时间的小麦盆栽实验。研究了低温胁迫下冬小麦内源生长素的时空分布、主要合成途径、调控蛋白组织定位以及早期响应基因表达模式。研究结果表明，低温胁迫导致小麦各器官内生长素含量和转运量显著下降，但在复温生长过程中内源生长素的合成和转运量超过常规处理，表明其补偿性恢复。在低温胁迫条件下，依赖于色氨酸的IPA合成途径仍是小麦植株内源生长素的主要合成途径。生长素早期应答基因ARF和IAA的表达模式在低温胁迫下具有显著的组织特异性，表明早期应答基因在低温胁迫过程中的关键调控作用。小麦生长素转运蛋白PINs在低温处理下集中定位在细胞壁附件，在细胞质中PINs蛋白消失，表明生长素增加了细胞间转运，而降低了细胞内转移。上述研究结果可以为冬小麦抗逆栽培技术提供理论基础。