多胺介导油菜素内酯调控番茄离子稳态的生理功能与分子机制

Brassinosteroids (BRs) and polyamines (PAs) have been shown to enhance plant salt stress tolerance because of their reconstruction and maintenance of ionic homeostasis in plant. However, little information is available regarding their interaction. Project team found that PAs’ positive response existed in the process of enhancing salt tolerance of crops induced by BRs in previous studies, and this response was very probably involved in reconstruction of ionic homeostasis. Further study in this project will be focused on physiological roles and molecular mechanism of PAs' role in 24-epibrassinolide (24-EBL, one type of BRs)-regulated salt tolerance and K/Na homeostasis in tomato (Solanum lycopersicum). We will examine the physiological function of exogenous/endogenous BRs and endogenous PAs on tomato plant growth under salt stress, determine the molecular mechanism of BRs and PAs on K/Na homeostasis in tomato; and explore and identify the potential metabolites and signal transduction pathway mediated by PAs in BRs regulated K/Na homeostasis combined with using exogenous chemical application of BRs/PAs biosynthetic inhibitors and molecular approaches, etc. This research will improve our understanding of the roles of BRs and PAs in plant salt tolerance and provide insight into the mechanism of BRs and PAs in regulating ionic homeostasis. The knowledge developed from this study will promote progress of salt tolerance regulation induced by BRs and PAs, and provide theoretical basis for breeding salt-tolerant tomato, which shows important significance in promoting the sustainable development of agriculture in saline soils.

油菜素甾醇类化合物（BRs）和多胺（PAs）均能够明显提高植物耐盐性，并与重建植株离子平衡有关，但是目前不清楚它们的互作。项目组前期研究发现在BRs提高作物耐盐性中存在着PAs的积极应答，很可能这一应答参与了离子稳态的重建。本项目将进一步研究PAs介导BRs调控番茄离子稳态中的生理功能和分子机制，首先从生长上明确外源24-EBL和内源BRs、PAs参与番茄耐盐调控的生理功能，明确其对植株K/Na稳态的分子调控机制；然后再结合生物合成抑制剂等化学调控和分子生物学等手段对BRs诱导的植株耐盐性中的PAs代谢及其介导的代谢和信号转导途径进行探索和鉴定，从而阐明PAs介导的BRs调控番茄离子平衡的分子机制。研究结果不仅推动了BRs和PAs调控植物耐盐性的研究进展，为耐盐番茄育种提供了理论依据，而且对加快盐土农业可持续发展具有重要意义。

油菜素甾醇类化合物（BRs）和多胺（PAs）均能够提高植物耐盐性，但是但不清楚它们的互作。本研究探讨2,4-表油菜素内酯（EBL）结合PAs生物合成抑制剂（D-Arg）和H2O2清除剂对盐胁迫番茄耐盐性调控的浓度效应及其机制。主要结果如下：.1.盐胁迫下，10-9 mol L-1 EBL浸种体现出显著促进番茄种子萌发的最适效应，是因为EBL积极促进种子萌发中贮藏物质转化，同时抗氧化酶活性增强。而同时EBL和D-Arg浸种处理，种子萌发率下降，但仍然不低于盐处理的。盐胁迫下，EBL浸种显著降低种子中Na含量，而D-Arg浸种则无此效应，联合浸种下，降低Na的效应则减退。.2.盐胁迫下，10-9 mol L-1 EBL促进效果最好，而喷施D-Arg也可显著促进植株生长，联合喷施下，促生效应和前两者无显著差异。EBL喷施能显著促进盐胁迫下番茄生长、提高植株对K的吸收，降低体内Na；而D-Arg喷施对K、Na无改变。EBL喷施显著提高光合作用，促进不同器官生物量的积累，而D-Arg单独喷施或联合喷施也明显提高其光合作用，但是增幅下降。.3.盐胁迫下，外源EBL提高植株抗氧化酶活性。外源EBL使得植株Na含量的降低，促进K、Ca含量的吸收。盐胁迫下，D-Arg单独喷施，其叶片MDA含量与盐胁迫的无显著差异；联合喷施下MDA含量下降，其抗氧化酶活性上升。.4. 盐胁迫下，番茄游离态和结合态腐胺（Put）含量增加，外源EBL能降低其Put含量，尤其是结合态和束缚态Put，同时促进不同形态亚精胺（Spd）和精胺（Spm）含量，提高番茄二胺氧化酶（DAO）和多胺氧化酶（PAO）活性，外源EBL处理后则降低了这两酶活性。而盐胁迫下，番茄精氨酸脱羧酶（ADC）和鸟氨酸脱羧酶（ODC）活性显著降低，但EBL显著增加ADC和ODC活性。从而调节PAs水平，尤其增加Spd和Spm含量。和单独喷施D-Arg相比，联合喷施下叶片的不同形态多胺含量均不同程度上升，尤其是束缚态PAs。.总之，盐胁迫下，EBL能显著促进番茄萌发和生长，而D-Arg处理，则下调这些过程，联合D-Arg和EBL处理，一定程度上逆转这一下调。说明多胺代谢有效介导了EBL调控番茄耐盐性的过程。上述研究为番茄的育种、抗盐栽培以及EBL缓解植物盐害提供理论和实践参考依据。