低温胁迫下ROS代谢在一氧化氮诱导黄瓜耐冷性中的作用机理研究

Low temperature and weak light greatly affect yield and quality of vegetable of facilities, and restricted mainly anti-season horticultural facilities cultivation in xinjiang. Nitric oxide (NO) plays an important role in plant growth and development and response to environmental stress. Stress induced reactive oxygen species (ROS) generation, the role of ROS metabolism relatived redox signal and DNA methylation/ demethylation in the NO induced resistance is unknown. two different cucumber varieties of cold sensitivity were studied under low temperature stress the relationship between NO maintained different organelle redox equilibrium and NO- induced tolerance, the inhibitors of redox signal element and nitric oxide donorare used to discusss the effects of between the content of NO and different kinds of ROS and stress related genes and NO-regulated redox equilibriumin in NO-increaced tolerance, the effects of NO on different genotypes of cucumber genome DNA methylation are investigated. It reveals how to participate redox ROS production and clearance in nitric oxide enhanced resistance defense. The new way to for improving the resistance to increase the yield of vegetables are established.

低温弱光严重影响设施蔬菜反季节栽培的产量和品质，也是制约新疆设施园艺反季节生产的主要瓶颈之一。一氧化氮（NO）在植物生长发育和对环境胁迫因子响应过程中起重要作用，逆境胁迫诱导活性氧（ROS）产生，ROS代谢相关的氧化还原（redox）信号调控网络及活性氧启动的DNA甲基化/去甲基化在NO诱导植物抗逆性中的作用机理尚不清楚。本项目结合设施环境逆境因子低温胁迫，以两个冷敏感性不同的黄瓜品种为试材，研究低温下外源NO对黄瓜不同细胞器（叶绿体、线粒体、过氧化物体等）redox状态影响及其与抗性的关系，利用redox 信号元件代谢抑制剂和NO供体研究NO调整redox动态平衡提高黄瓜耐冷性的途径，低温胁迫下NO调节redox状态与基因组DNA甲基化时空变化特征及其与抗性关系，揭示ROS产生和清除机制在NO诱导黄瓜耐冷性中的作用机理，为蔬菜提高抗性增加产量建立一条新途径。

近年来新疆设施园艺发展迅速，主要用于设施蔬菜生产、加工番茄和色素辣椒育苗、设施果树栽培，受冬季较长且温度低和春季冷空气入侵的影响，设施生产常常遭遇低温冷害，影响农民的收益，因此研究设施栽培中植物对低温抗性的机理具有重要的现实和科学意义。. 本项目重点研究的内容：（1）低温下一氧化氮（NO）对黄瓜不同细胞器redox状态平衡机制及与抗性的关系研究；（2）低温下NO调整redox动态平衡提高黄瓜耐冷性中机理研究；（3）低温下NO对不同基因型黄瓜基因组DNA甲基化时空变化特征的影响及与抗性关系研究，以期揭示NO提高耐冷性的作用机理。取得如下研究成果：1、在低温胁迫条件下，内源GSH参与了外源NO增强黄瓜幼苗叶片相对含水量、缓解膜脂过氧化、稳定PSII和促进PSII反应中心电子传递链供受体侧的电子传递能力，从而提高黄瓜幼苗耐冷性；2、低温胁迫下，GSH参与NO通过介导提高黄瓜叶片叶绿体还原库力，调控叶绿体AsA-GSH循环物质、关键酶活性及其相关基因转录水平，清除过多的活性氧（ROS）维持细胞redox平衡，增强黄瓜耐冷性；3、外源NO供体SNP与还原型谷胱甘肽GSH均会促进线粒体中呼吸电子链复合体I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的活性、NADPH和NADPH+ 的含量从而进一步促进氧化磷酸化的发生提高黄瓜幼苗耐冷性；4、低温降低了黄瓜全基因组的DNA甲基化水平，耐冷性和冷敏感型黄瓜幼苗叶片基因组DNA 甲基化水平和状态表现出一定的差异性。低温对repeat区DNA甲基化的影响主要表现在CHG和CHH序列上，SNP预处理明显提高了黄瓜基因组promoter区CG,CHG和CHH序列的甲基化水平，以及exon区和intron区CG和CHG序列和repeat区CHG和CHH序列的甲基化水平。低温对黄瓜幼苗的差异甲基化区域(DMR)的影响主要表现在CG和CHG序列上，外源SNP处理在一定程度上改变了黄瓜幼苗的DMR。