水杨酸参与砧穗互作提高嫁接黄瓜耐冷性的机理研究

Low temperature is main limitation for the yield and quality of cucumber in solar-greenhouse. Grafting is an effective way to improve the stress resistance in plants. In our previous work, we found that SA play an important role in grafting-induced adverse resistance of plants, as a long-distance signaling molecule. On this basis, We will use ‘M5’ pumpkin, ‘Jinyou 35’ and ‘Jinyan 4’cucumber as the materials, and grafted with each other to carried out the following researches by the means of physiology, biochemistry and molecular biology, such as LC-MS, ELISA, RT-PCR etc., with the inhibitor of SA, ABA and ROS. (1) We will investigate the response of SA in rootstocks and scions to chilling stress, and its relationship with the chilling tolerance of grafted cucumber; (2) We will analyze the primary source of SA and its transmitting modality in the rootstock and scion combination; (3) The interaction and regulation mechanism of SA, ABA and ROS signaling molecules in improving the cold tolerance of grafted cucumber will be explored. This research may provide guidance for study on the rootstock-scion communication mechanism in plants and SA signal transmission, and has significance in alleviating the adversity effect by increasing adaptability of cucumber in solar-greenhouse.

低温是影响日光温室黄瓜产量和品质的主要因素，而嫁接是提高植物耐冷性的有效途径。在前期工作中，我们发现SA可以作为长距离信号物质在嫁接诱导植物抗逆性中发挥作用。在此基础上，本研究拟以‘M5’南瓜，‘津优35号’（耐冷品种）和‘津研4号’（不耐冷品种）黄瓜为试材，互为砧穗嫁接。用SA、ABA和ROS及其合成抑制剂进行预处理，通过液-质联用、酶联免疫、RT-PCR等生理生化和分子生物学技术手段开展研究：（1）探讨砧木和接穗内源SA对低温胁迫的响应及其与耐冷性的关系；（2）解析砧-穗组合中SA的主要来源与信息传递方式；（3）揭示SA与ABA、ROS互作提高嫁接黄瓜耐冷性的生理机制。该研究可为深入开展植物砧-穗互作机理及逆境下SA的信号传递研究提供借鉴，对缓解逆境障碍和增强日光温室黄瓜的适应能力具有重要意义。

低温是影响日光温室黄瓜产量和品质的主要因素，而嫁接是提高植物耐冷性的有效途径，SA作为信号物质在嫁接诱导植物抗逆性中发挥作用，但SA在嫁接黄瓜砧木和接穗间的信号传递路径，SA与ABA、ROS等信号分子的互作关系等尚不清楚。本研究以耐冷黄瓜‘津优35 号（JY35）’和冷敏感黄瓜‘中农6号（ZN6）’为试材，探明了黄瓜内源SA受低温胁迫诱导，内源SA的变化幅度与黄瓜耐冷性呈正相关。分别用耐冷性强的南瓜和耐冷性弱的黄瓜互为砧穗嫁接，形成4个嫁接组合Cs/Cs、Cs/Cm、Cm/Cm和Cm/Cs，通过分析根部低温（25/5℃）、地上部低温（5/25℃）和整株低温（5/5℃）处理的电解质渗漏率（EL）、丙二醛（MDA）、光合速率（Pn）、Rubisco活化酶基因（RCA）表达、光下PSⅡ实际学化学效率（ΦPSII）、暗下最大光化学效率（Fv/Fm）等的变化，明确了嫁接植株砧-穗之间存在物质或信息交流。以RNAi-CsPAL、OE-CsPAL为砧木，WT为接穗的嫁接植株（WT/RNAi-CsPAL，WT/OE-CsPAL）和自根RNAi-CsPAL，OE-CsPAL为试材，通过测定嫁接植株根系、叶片和茎伤流液中的SA含量及其关键酶PAL活性，探明了根部低温诱导的嫁接黄瓜（Cs/Cm）叶片SA积累量的增加主要来源于根系的长距离运输，而地上部低温下Cs/Cm叶片SA主要来源于其根系传导的未知信号诱导的SA生物合成。利用获得的CsNPR1、CsICE1过表达和抑制表达转基因植株，通过转录组分析、酵母双杂交、Pull-down、荧光素酶等分子生物学手段；揭示了低温诱导的内源 SA信号通路关键因子CsNPR1和 CsICE1互作调控嫁接黄瓜耐冷性的生理与分子机制，即低温诱导砧木根系内源SA合成并运输至接穗叶片，诱导CsNPR1基因表达，并与CsICE1直接互作正向调控冷胁迫响应基因表达、上调卡尔文循环活性，减轻低温光抑制和脂质过氧化，从而增强嫁接黄瓜耐冷性。阐明了ABA通过激活H2O2的生物合成和积累介导SA诱导的嫁接黄瓜耐冷性机理。该研究成果为深入开展植物砧-穗互作机理及逆境下SA的信号传递研究提供了借鉴，对缓解逆境障碍和增强日光温室黄瓜的适应能力具有重要意义。