采后香蕉磷脂酶D对机械损伤胁迫响应分子机制研究

Mechanical injury is one of important adversity stresses in postharvest fruits. The phospholipid hydrolysis by phospholipase D (PLD) catalysis plays an important role in fruits with mechanical injury stress. On the basis of finding that full length cDNA of PLD family from banana fruits are cloned and PLD is closely related to banana senescence and deterioration induced by postharvest disease, this project is to study the molecular mechanism of phospholipase D response to mechanical injury stress of postharvest banana. The project will analyze characteristics of aging-related membrane lipid metabolism to clarify the interaction mechanisms of PLD and membrane lipid metabolism of postharvest banana.Differential expression of PLD genes of banana with mechanical injury stress will be analyzed using the means of molecular biology, in order to ascertain the key phospholipase D which is closely related with the senescence and deterioration of fruits and the function of phospholipase D response to mechanical injury stress of postharvest banana. Furthermore, regulation of PLD expression from foreign signal/conditions will be studied to lay the foundation to explore regulation of senescence and deterioration of postharvest banana caused by mechanical injury adjust by specific expression of PLD gene.The research result will provide theoretical basis to control and wound healing technology for banana and other tropical and subtropical fruits.

机械损伤时采后水果重要的胁迫之一，磷脂酶D（PLD）参与的磷脂水解在水果机械胁迫过程中起重要作用。本项目从催化膜脂降解的关键酶PLD出发，在课题组前期初步积累香蕉等南亚热带水果膜劣变相关基因PLD家族全长cDNA的克隆技术及其与水果衰老劣变关系分析的基础上，研究采后香蕉PLD对机械损伤胁迫响应分子机制；分析机械损伤胁迫下香蕉衰老相关的膜脂代谢特征，阐明机械损伤胁迫下采后香蕉PLD与膜脂代谢互作机制。应用分子生物学手段解析PLD家族成员在香蕉机械损伤时表达差异，确定与香蕉果实衰老膜劣变密切相关的关键PLD基因及其在机械损伤胁迫下的作用机制；并进一步研究外源信号/条件对PLD的表达调控，为探索通过调节PLD的特异性表达来调控机械损伤胁迫下香蕉衰老劣变奠定基础。项目的完成将为香蕉及其它热带、亚热带水果机械损伤防治和促愈新技术提供理论依据。

机械损伤时采后水果重要的胁迫之一，本研究表明磷脂酶D（PLD）在香蕉机械胁迫过程中起重要作用。机械损伤胁迫促进磷脂酸（PA）和二酰基甘油（DAG）的积累，细胞膜的完整性受到破坏，不利于采后香蕉品质的保持。此外DAG在非特异性酯酰基水解酶作用下也可释放出游离的脂肪酸，其中不饱和游离脂肪酸又可被脂氧合酶（LOX）氧化，激活脂氧合酶活性的升高，生成过氧化物和游离自由基，使O2•－、•OH和H2O2含量显著增加，抗氧化酶（SOD、CAT、APX、GPXs）活性升高，同时这些氧化产物会导致细胞膜完整性及功能的丧失，从而毒害细胞膜系统，引起细胞死亡并最终导致香蕉组织的衰老。另一方面，PLD参与到应答机械伤胁迫的过程，其参与的机制与Ca2+有关，香蕉受机械伤胁迫后，促使细胞内Ca2+释放到细胞质中，提高了细胞内的Ca2+浓度。在机械伤胁迫下不同家族成员呈现不同的作用，PLDα2和PLDγ表达在细胞膜系统劣变中起主导作用。PLDζ基因对机械伤胁迫呈现正调控的作用，PLDα1、PLDα2、PLDγ呈现负调控的作用。研究了外源条件PLD抑制剂正丁醇、仲丁醇、正己醛、正己醇、沙丁胺醇、色苷酸钠处理对采后机械伤胁迫下香蕉品质及PLD酶活性的影响，正己醛在维持香蕉品质和抑制PLD酶活性方面效果最显著。进一步研究正己醛处理后果实细胞中膜脂代谢产物及引起膜脂过氧化相关物质的变化规律表明，正己醛处理抑制了膜脂代谢相关酶活性，降低了磷脂酸等第二信使物质含量和脂质过氧化水平，保持细胞膜完整性，抑制PLD基因和蛋白水平的表达，延缓了机械伤胁迫下香蕉果实的衰老劣变进程。本研究为维持香蕉果实采后品质的新方法提供科学依据。