刺萼龙葵(Solanum rostratum)种子季节性休眠过程中β-甘露聚糖酶的表达及其调控机制

随着人类活动对自然界影响的日益加剧，生物入侵已成为全球关注和研究的热点。刺萼龙葵是一种危险的外来有毒有害杂草，目前在我国呈现发生范围广、危害面积大、传播速度快的特点，防控其种群进一步危害蔓延已迫在眉睫。本研究围绕刺萼龙葵的季节性休眠这个主题，应用生态学、生理学和分子生物学的理论和方法，从激素、酶活性和分子水平上对β-甘露聚糖酶（EBM）与其种子休眠萌发的关系进行系统研究。研究刺萼龙葵种子EBM酶的表达方式和特征；季节性休眠过程中种子萌发与EBM酶表达水平的关系；ABA和GA等植物激素对EBM酶表达和种子萌发的调控机制；并对编码EBM酶的基因进行克隆测序，明确其表达水平与EBM酶活性及种子休眠萌发的关系，从而揭示刺萼龙葵种子季节性休眠的分子调控机制。研究结果可为刺萼龙葵入侵机制的阐明和防控策略的制定提供理论依据，对控制刺萼龙葵的进一步扩散蔓延、保障我国生态安全和粮食安全具有重要意义。

刺萼龙葵（Solanum rostratum Dunal）是一种茄科的外来有毒有害杂草，在我国呈现发生范围广、危害面积大、传播速度快的特点，目前已成为我国重点管理的外来入侵物种。针对刺萼龙葵种子具有强休眠性及休眠水平具有季节性变化这一防控难题，项目系统研究了种子休眠动态与甘露聚糖酶及其编码基因MAN的互作关系，主要获得以下研究结果：.采用扫描电镜和显微成像的方法，对刺萼龙葵种子表面的超微结构进行了观察，并系统研究了种子萌发过程中胚及胚乳帽的内部结构，明确了种皮表面网纹、柔毛突起及种腔结构与种子吸水和休眠萌发的关系及其调控功能，初步揭示了刺萼龙葵种子结构与休眠萌发的形态适应机制。通过对种子休眠水平的定期检测，研究明确了刺萼龙葵种子休眠的季节性变化规律和调控机理，发现植物激素可显著影响种子休眠，其中GA可促进种子吸水，加速胚乳降解导致胚乳帽穿透力降低，促进种子萌发，而ABA则维持种子休眠，抑制种子萌发。.建立了种子胚乳帽的主要内切水解酶β-甘露聚糖酶（EBM酶）活性的检测方法-凝胶扩散法，采用组织印迹法研究明确了EBM酶在种子萌发中的表达部位和表达特征，掌握了季节性休眠过程中种子萌发与EBM酶表达水平的关系，揭示了ABA和GA等植物激素对EBM酶表达和种子萌发的调控作用，发现ABA可以抑制种子中EBM酶的活性，而GA可诱导EBM酶提前表达并提高其活性，在一定程度上能逆转ABA对EBM酶的作用，促进种子萌发。进一步研究中，克隆得到两个编码EBM酶的基因SrMAN1和SrMAN2，在转录水平检测了两基因在种子萌发前后的表达差异并明确了外源植物激素GA和ABA对基因表达的影响，实现了2个基因的原核表达和功能验证。本项目从酶学和分子水平初步揭示了刺萼龙葵种子的季节性休眠调控机制，研究结果可为其入侵机制的阐明和防控策略的制定提供理论依据，对控制其进一步扩散蔓延、保障我国生态安全和粮食安全具有重要意义。