谷胱甘肽及其介导的redox信号调控番茄体内百菌清降解代谢的机理研究

Glutathione is crucial for both abiotic and biotic stress resistance, and also involved in the detoxification of xenobiotics in many organisms in plants. Glutathione play an important role in the mechanism of chlorothalonil (CHT) degradation in tomato had been investigated. However, the mechanisms of glutathione-dependent detoxi?cation and redox homeostasis regulate chlorothalonil degradation in tomato are still poorly understood. Therefore, the present study is conducted to investigate the mechanism of pesticides degradation in plant. In this study, the mechanism of chlorothalonil (CHT) degradation in tomato (Solanum lycopersicum Mill.) plants involved in glutathione biosynthesis and regeneration by VIGS and plants with different GSH/GSSG treated with chemicals will be investigated. The role of glutathione-dependent detoxi?cation and redox homeostasis regulate chlorothalonil degradation in tomato will be understood with GC-MS, qRT-PCR,and so on. For the development of sustainable agriculture, it is of great importance to study the mechanisms of pesticide detoxi?cation in plant and explore the effective strategy to improve the quality and safety of agricultural produces.

谷胱甘肽(GSH)在植物细胞解毒和氧化还原状态(Redox)方面都发挥着重要的作用，并且参与外源胁迫逆境信号转导等。申请者之前研究发现谷胱甘肽在植物体内百菌清降解代谢过程中起着重要作用，但谷胱甘肽参与植物体内百菌清代谢的具体作用机理及其介导的Redox信号对解毒代谢的调控作用尚不清楚。因此，本研究以番茄为材料，以百菌清(有机氯类杀菌剂)为模式农药，应用VIGS技术以及化学遗传方法构建不同谷胱甘肽含量及GSH/GSSG水平的植株，利用GC-MS技术、qRT-PCR等技术分析GSH/GSSG信号对植物体解毒代谢的调控作用及谷胱甘肽在植物体内百菌清降解代谢中的作用机理。研究可望探明蔬菜作物体内农药降解的机理，为建立农作物的农药残留控制新途径提供理论依据，为农产品安全及蔬菜行业的可持续发展提供保障，具有重要的科学和现实意义。

摘要：谷胱甘肽(GSH)在植物细胞解毒和氧化还原状态(Redox)方面都发挥着重要的作用，并且参与外源胁迫逆境信号转导等。本研究以番茄为材料，以百菌清(有机氯类杀菌剂)为模式农药，应用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)以及化学遗传方法相结合，构建不同谷胱甘肽含量及GSH/GSSG水平的植株，利用GC-MS技术、qRT-PCR等技术分析GSH/GSSG信号对植物体解毒代谢的调控作用及谷胱甘肽在植物体内百菌清降解代谢中的作用机理。研究发现谷胱甘肽在植物体内百菌清降解代谢过程中起着重要作用。谷胱甘肽及GSH/GSSG信号元件可通过启动植株抗氧化体系及相关解毒体系，减少植株受到活性氧等的伤害，降低由农药引起的氧化胁迫伤害。谷胱甘肽通过调控番茄谷胱甘肽及抗坏血酸的含量及氧化还原平衡，提高植株GSH/GSSG与ASA/DHA氧化还原比，诱导抗氧化相关基因表达，激活CAT、APX、SOD、DHAR等抗氧化酶活性，清除百菌清处理的植株体内积累的活性氧，缓解农药胁迫导致的番茄体内活性氧伤害。与此同时，谷胱甘肽可通过诱导解毒基因的表达，促进百菌清处理的番茄体内GSTs、GPXs等解毒酶活性的提高，并促进其非蛋白结合态的巯基（NPT）的形成，增强番茄体内残留百菌清的降解代谢，从而降低番茄体内农药残留量。因此，探明谷胱甘肽及其调控的氧化还原信号对番茄体内抗氧化系统的影响，为谷胱甘肽缓解番茄植株受到氧化胁迫，减少农药等外源胁迫对植物造成的伤害，提高番茄植株自身抗性的相关研究奠定基础。研究为探明蔬菜作物体内农药降解的机理，建立农作物的农药残留控制新途径提供理论依据，为农产品安全及蔬菜行业的可持续发展提供保障，具有重要的科学和现实意义。