磷缓解酸柚铝毒的蛋白质组学研究

Aluminum toxicity and phosphorus deficiency often co-exist in acidic soil, which become two important factors that constrain the productivity and quality of crop. Citrus belong to evergreen subtropical fruit trees and their major production regions are mainly acidic soil and strong acidic soil such as red soil, yellow soil or lateritic red soil. Citrus plants are usually susceptible to aluminum toxicity and phosphorus deficiency. Evidence shows that phosphorus supply may decrease the transport of Al from roots to shoots and ameliorate aluminum toxicity in plant. But the molecular mechanisms underlying phosphorus-induced amelioration still remain unclear. In this study, we will use 'Sour pummelo' (Citrus grandis) as material and investigate the changes in expression of proteins in roots and leaves in response to interactions of phosphorus and aluminum using proteome, identifying and verifying differently expressed proteins, and finally unveil the molecular mechanism of phosphorus-induced amelioration of aluminum toxicity in sour pummelo and provide scientific basis for citrus cultivation and breeding of high yield and good quality.

铝毒害和缺磷在酸性土壤中往往同时存在，是限制作物产量和品质的两个重要因素。柑橘是亚热带常绿果树，其主产区多为酸性或强酸性的红壤、黄壤或砖红壤，容易遭受铝毒害和低磷胁迫。研究表明，供磷可减少铝往植株地上部的运输，缓解植物铝毒害症状，但对磷是如何缓解植物铝毒害的分子机理还不甚清楚，因此，本项目以酸柚为材料，利用蛋白质组学为手段研究铝磷互作下酸柚根系和叶片蛋白质表达谱的变化，鉴定和验证相关差异蛋白，旨在从蛋白质组层面揭示磷对酸柚铝毒害缓解作用的分子机理，为柑橘高产优质栽培及育种工作提供科学依据。

铝毒害和缺磷在酸性土壤中往往同时存在，是限制作物产量和品质的两个重要因素。柑橘是亚热带常绿果树，其主产区多为酸性或强酸性的红壤、黄壤或砖红壤，容易遭受铝毒害和低磷胁迫。研究表明，增加植株内部磷水平可以减少铝往植株地上部的运输，缓解植物铝毒害症状，但对磷是如何缓解植物铝毒害的分子机理还不甚清楚。本研究以酸柚为试验材料，设置两个铝浓度处理（0 mM AlCl3和1.2 mM AlCl3）和两个磷水平（0 μM KH2PO4和200 μM KH2PO4）的试验处理18周。铝处理和低磷胁迫显著降低酸柚地上部和地下部的生物量，铝处理降低酸柚根、茎和叶中磷含量，而提高磷水平可以增加酸柚根系对铝的固定，减少植株吸收的铝往地上部的运输。铝处理增加酸柚根系苹果酸和柠檬酸的分泌，提高磷水平可缓解铝诱导的酸柚根系有机酸分泌。铝处理和低磷胁均可降低酸柚叶片的二氧化碳同化速率和最大原初光化学反应参数，但增加胞间二氧化碳浓度，提高营养液中的磷水平可缓解铝处理引起以上气体交换参数的改变。磷可以有效缓解Al诱导的酸柚根系有机酸的分泌。蛋白质组分析结果表明在低P条件下Al对酸柚蛋白质表达谱的影响大于高P条件，说明P可以有效缓解Al对酸柚的毒害作用。这种缓解作用机制包括：1) 维持核糖体蛋白和多肽翻译起始因子的丰度，保证细胞正常生长对蛋白合成的需求；2）提高跨膜转运蛋白的活性，调节液泡膜转运蛋白和外排转运通道蛋白活性，降低对有毒离子的吸收和细胞区室化作用来提高对铝毒的适应性；3）上调活性氧代谢相关蛋白如硫氧还蛋白、抗坏血酸-过氧化物酶等的活性来增强淬灭铝毒诱导的活性氧的能力；4）上调铝毒相关的转录因子如Aluminum Sensitive 3等的活性。