西藏光核桃根系对干旱响应的生理与分子机制

As one of the most severe environmental stress, drought can effect plant growth and limit crop yield. Global climate change will lead to frequent drought. Tibet located in the third pole is no exception, which will undoubtedly have a direct impact on plant growth in Tibet. Prunus mira plants grew in desertified valley area in Tibet can rapidly grow and develop roots. Accordingly, Prunus mira has outstanding drought-tolerant characteristic. However, the responding mechanism of Prunus mira to drought is lack of study. . Hence, we investigated the changes of roots of Prunus mira under drought at physiological and molecular levels in the study. According to its functional structure, damaging degree and the defense system, we analyzed the root respiration metabolism including respiratory rate, electron transfer, breath capacitive and key enzyme activity, etc. and the changing characteristics of main metabolites and key proteins, in order to make clear the relationship of Prunus mira root respiration metabolic pathways and key metabolites and proteins and drought resistance,and elucidate the responding mechanism of Prunus mira root to drought. These results can provide theoretical foundation and practical guidance for the further development and utilize of endemic runus mira in Tibet, which be applied to afforestation of desolate mountain and agricultural production.

干旱是影响植物生长发育、降低作物产量的主要逆境因子之一，随着全球气候的不断变化，干旱频发，位于世界“第三极”的西藏也不例外，这无疑会对西藏植物生长产生直接影响。西藏河谷沙化地区生长的光核桃（Prunus mira koehne kov et. kpst）生长迅速、根系发达，耐旱特性突出，然而有关光核桃根系对干旱响应机制的研究却鲜有报道。.本项目以干旱条件下西藏光核桃根系为研究对象，从生理和分子两个水平，结合其结构功能、损伤程度及防御系统研究，分析根系的呼吸代谢（呼吸速率、电子传递、呼吸变容性、关键酶活性等）及主要代谢物和关键蛋白的变化特点，明确光核桃根系呼吸代谢途径及关键代谢物和蛋白的变化特点与其耐旱性关系，阐明其干旱响应机制。研究结果可为藏区特有植物“光核桃”的进一步开发利用提供理论依据和实践指导，使其更好地应用于荒山造林和农业发展。

干旱是影响植物生长发育、降低作物产量的主要逆境因子之一，且随着全球气候的不断变化，干旱频发。位于世界“第三极”的西藏也不例外，这无疑会对西藏植物的生长产生直接影响。为此，本项目以干旱条件下西藏光核桃根系为研究对象，从生理和分子两个水平，结合其结构功能、损伤程度及防御系统，分析根系的呼吸代谢（包括：呼吸速率、电子传递、呼吸变容性、关键酶活性等）及主要代谢物和关键蛋白的变化特点，以明确光核桃根系呼吸代谢途径及关键代谢物和蛋白的变化特点与其耐旱性关系。结果显示：呼吸速率的变化上光核桃表现了积极的应答反应，同时主要酶活性提高，从而保持了干旱条件下的呼吸代谢平衡；而超微结构损伤程度较小，启动了防御系统以应答干旱胁迫。此外，发现黄酮类生物、精氨酸和脯氨酸、谷胱甘肽等代谢通路受到影响，这与生理学检测一致，即：谷胱甘肽代谢物在光核桃根系抗旱过程中，起到了非常重要的作用。在鉴定的95个差异蛋白点中，所占比例最大的功能分类是抗逆和防御，另外转录和翻译以及分子伴侣功能的蛋白也占有较大比例，说明光核桃在干旱胁迫下根系会启动抗逆机制，合成具有防御功能的蛋白，提高光核桃的抗旱能力，降低干旱胁迫所带来的结构和功能上的损伤。以上研究结果为光核桃的抗旱机理研究奠定了一定的研究基础。