葡萄茋类物质积累与氧应激反应偶联机制研究

葡萄属植物处于逆境时会积累茋类植保素，这对于抵御病害和环境胁迫有着重要的作用。一般认为，处于逆境时植物细胞氧化还原态会发生改变并引发氧应激反应。但后来研究发现茋类物质积累可以在不同层次上与植物抗氧化防卫反应联系起来。近年来，我们和其它研究者陆续发现一些氧化剂能够在葡萄材料上引起氧应激反应并诱导茋类物质特异性积累，但这种氧应激反应通过怎样的机制发挥诱导作用成为急需探索的一个重要理论问题。本实验拟利用新疆地区较丰富的葡萄种质资源，通过细胞化学及分子生物学等方法对葡萄茋类物质积累与氧应激反应偶联机制进行系统研究。本项目的突破不但有助于我们深入了解茋类物质的积累机理，而且是对传统"植物抗逆调控理论"理论的重要补充和修订。

众所周知一些生物与非生物因子包括紫外、臭氧、重金属以及病原菌均可以刺激葡萄属植物特异积累茋类物质。这个过程中，系统抗性与氧化胁迫对立性存在的次生代谢机制尚不明确。本项目发现在一些外源助氧化剂存在下葡萄组织与细胞积累的茋类物质含量与氧化剂呈现一定的量效与时效关系。诱导茋类物质积累的同时，通过亚细胞水平定位发现内源性活性氧的积累在线粒体与叶绿体。增加氧化胁迫程度，叶片白藜芦醇含量增加的同时出现明显的损伤效应。分析氧化还原态时发现，低于800mM浓度的过氧化氢并无法诱导叶片白藜芦醇显著积累与细胞内抗氧化酶/非系统的有效应答有关。持续增加胁迫的过氧化氢浓度时，GSH/GSSG与ASA/DHA下降与白藜芦醇的积累伴随。这一现象后续通过Halliwell-Asada各种酶的调节剂得到进一步证实。苯丙素与茋类物质合成途径被过氧化氢等助氧化剂特异性上调。通过生化方式阻断茋类物质生物合成途径会导致葡萄组织出现各种氧化胁迫指标。通过生化与转录组学等方法，我们发现茋类物质的存在与细胞内Halliwell-Asada途径氧化还原态的失衡密切相关。这些发现不但为植物抗病诱导剂的研发有一定的推动作用，也可以辅助新药的筛选研究。