谷胱甘肽还原酶(GR)基因在硒处理延缓菜心采后黄化中对叶绿体H2O2的调节作用

Tsai-Tai is one of the most important leafy vegetables in South China. Yellowing is the main cause of its postharvest lost. Our previous research showed that hydrogen peroxide was one of the most critical factors inducing leaf yellowing. However, pretreatment with selenium(Se) significantly reduced the levels of hydrogen peroxide and decreased the yellowing index. Researches have shown that AsA-GSH cycle was one of the most important pathways for free radical scavenging in chloroplast. Glutathione Reductase (GR) was the key element in AsA-GSH cycle. We suppose that selenium up-regulated GR expression, and reduced hydrogen peroxide in chloroplast. However, the mechanisms of selenium in regulating the GR gene is still unclear. This project aims to analyze the effects of Se on GR expression in relation to chloroplast H2O2 in harvested Tsai Tai; Moreover, through the approach of genetic manipulation, clarify the effect of GR gene on cell apoptosis mediated by H2O2 and on chloroplast stability and cell vitality of leaves of Tsai Tai. This study will provide evidences for the mechanisms of regulation of selenium on senescence of leafy vegetables.

菜心(Tsai-Tai)是我国南方的重要蔬菜之一。由于菜心采后极易衰老黄化，严重影响了其品质及远程销售。申请人研究表明，菜心黄化与叶片过氧化氢（H2O2）的含量密切相关，而硒处理减少了H2O2积累并延缓了菜心采后衰老。AsA-GSH循环是叶绿体清除H2O2的重要途径，谷胱甘肽还原酶(GR)是该途径中的关键酶。申请人推测：硒上调了叶绿体GR基因的转录水平和酶活性，增强了叶片调节H2O2的能力，从而延缓了菜心的衰老黄化。但硒对叶绿体GR基因是否具有调控作用尚未见报道。鉴于此，本项目拟分析硒对GR基因表达的影响及其与采后菜心叶绿体H2O2调控的关系；并通过遗传转化手段，验证GR基因在H2O2介导的细胞衰老凋亡中对叶绿体结构稳定性及细胞活力的影响。最终阐明GR基因在硒处理延缓菜心采后黄化中对H2O2的调控作用。本项目有望揭示硒调控菜心采后黄化的新机制，加深人们对硒调控叶菜衰老黄化机理的认识。

菜心是我国南方的主要绿叶蔬菜之一，由于其采后容易衰老黄化和失水萎蔫，品质劣变严重，导致了较大的采后损失。硒对植物具有多种生理活性功能，包括提高植物抗氧化能力和提高植物抗逆性等。但是，过去将硒用于果蔬采后保鲜的研究极少。本项目使用亚硒酸钠对菜心进行采前处理，通过生理生化试验、多组学研究分析和分子生物学等方法，研究了硒延缓菜心采后衰老黄化的调控机制。结果表明：.1.采前硒处理提高了菜心硒的富集，提高了次生代谢产物如多酚、黄酮类物质的含量，提升了菜心DPPH，ABTS，FRAP等体外抗氧化水平，显著提高了菜心的营养品质。.2.采前硒处理通过调控GR基因介导的AsA-GSH循环，提高了菜心组织的抗氧化能力，减少了叶片中H2O2的积累，降低了膜的脂质过氧化，抑制了衰老基因BrSAG12的表达，从而显著延缓了菜心的采后黄化和品质劣变。.3.硒处理有效维持了叶绿体的正常功能，提高了叶绿体光系统PSⅡ的最大光能转换效率（Fv/Fm）。提高了叶绿素的合成，抑制了菜心贮藏期间叶绿素的降解，从而减少了由于ROS积累易引起叶绿体的功能退化和叶绿素降解，保持了叶绿素的含量。.4.通过外源H2O2验证试验，揭示了H2O2的积累与菜心采后衰老的关系，验证了GR基因介导的AsA-GSH循环在菜心采后衰老过程中的关键作用。.这些研究结果表明，采前硒处理不但通过富硒作用提高了菜心的采后品质，同时通过GR基因介导的AsA-GSH循环调控菜心采后贮藏期间的H2O2积累，保护了叶绿体的正常功能，减少叶绿素的降解，从而延缓了菜心的采后衰老黄化和品质劣变。本项目创新性地将菜心富硒处理与采后贮藏保鲜结合，揭示了GR介导的AsA-GSH循环在硒处理延缓菜心采后衰老黄化中的作用 ，取得了一定的理论研究成果和较有发展前景的应用成果。