淹水脅迫下活性氧及抗氧化酶活性變化對小麥胚乳細胞編程性死亡進程的影響.pdf

1、前期研究表明淹水脅迫會導致小麥胚乳細胞編程性死亡(programmed celldeath,PCD)進程提前。為探尋其發(fā)生的細胞生物學機制,本研究以耐濕品種華麥8號(Hua8)和不耐濕品種華麥9號(Hua9)為材料,在小麥開花期進行淹水處理,從顯微和超微結(jié)構(gòu)水平研究了胚乳發(fā)育過程中活性氧(reactive oxygenspecies,ROS)的動態(tài)變化；利用實時定量PCR研究了胚乳細胞中抗氧化關(guān)鍵酶:NADPH硫氧還蛋白還原酶(NADP

2、H thioredoxin reductase,NTR)、Mn超氧化物歧化酶(Mn superoxide dismutase,MnSOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)的基因表達情況,同時研究了SOD、CAT的活性變化。另外,研究了利用抗壞血酸、甘露醇2種活性氧清除劑處理淹水植株和利用外源過氧化氫(H2O2)處理未淹水植株對小麥胚乳細胞PCD進程的影響。研究結(jié)果表明:
　　 1.未淹水處理下,熒光探針檢測到耐濕品種Hu

3、a8和不耐濕品種Hua9胚乳細胞中ROS含量均在12 DAF(開花后天數(shù))、15 DAF升高,此后減少；并且超微細胞化學定位發(fā)現(xiàn),在12 DAF和15 DAF,H2O2和O2-主要在細胞壁、細胞膜、線粒體中積累。淹水7 d處理下,與未淹水處理相比,Hua8和Hua9胚乳細胞中ROS含量均大量增加,并在12 DAF達到最大,此后逐漸減少。高強度淹水脅迫下(淹水12 d),Hua8和Hua9胚乳細胞中ROS含量依然在12 DAF達到最高水平

4、；此后,Hua8逐漸減少,而Hua9依然非常高,直到18 DAF時才開始減少。超微細胞化學定位發(fā)現(xiàn),在12 DAF和15 DAF,Hua8和Hua9胚乳細胞中H2O2、O2-在細胞壁、細胞膜、線粒體處大量積累,而且細胞膜變形破裂,線粒體膨脹破裂。
　　 2.未淹水處理下,在12 DAF至18 DAF之間,耐濕品種Hua8和不耐濕品種Hua9胚乳細胞中抗氧化酶NTR、MnSOD、CAT基因表達量逐漸降低,SOD和CAT活性不斷下降

5、。淹水7 d處理下,與未淹水處理相比,Hua8同期胚乳細胞中CAT基因表達量升高,但活性下降,說明CAT可能在轉(zhuǎn)錄后和翻譯后受到了抑制；MnSOD表達量升高,SOD活性升高,并且NTR表達量較大幅度的升高。而Hua9同期胚乳細胞中CAT基因表達量和活性均較大幅度的下降,而且MnSOD表達量和SOD活性下降,并且NTR表達量較小幅度的升高。高強度淹水脅迫下(淹水12 d),Hua9胚乳細胞中CAT和SOD活性下降的幅度加大,并且NTR基因

6、表達量在15 DAF開始下降；而Hua8胚乳細胞中SOD活性依然增加,且NTR基因表達量增加的幅度加大。
　　 3.用10、100、200 mmol/L外源H2O2處理均能導致胚乳細胞Evans Blue著色變深,發(fā)生PCD的細胞增多。DNA laddering檢測發(fā)現(xiàn)100、200 mmol/L H2O2處理均能導致胚乳細胞DNA片段化加劇,且200 mmol/L H2O2處理的胚乳細胞DNA片段化更為嚴重。說明,外源H2O2

7、能夠?qū)е屡呷榧毎鸓CD加劇。
　　 4.活性氧清除劑顯著抑制了淹水脅迫對胚乳細胞PCD進程的推動作用。利用抗壞血酸、甘露醇2種活性氧清除劑處理淹水植株,與未處理的淹水植株相比,Evans Blue著色變淺,胚乳細胞DNA片段化減輕。
　　 上述結(jié)果表明,ROS介導了正常生長胚乳細胞的PCD過程。淹水脅迫下,抗氧化酶活性下降和ROS積累可能是胚乳細胞PCD加劇和進程提前的主要原因。ROS可能作為信號分子調(diào)控胚乳細胞中與代謝