渗透胁迫下小桐子脯氨酸的积累机制及抗氧化功能研究

Jatropha curcas L. is an important energy plant with multiple utilization value.Previously, J.curcas was always thought to have strong resistance to osmotic stress. However, osmotic stress mainly affects their distribution and production.Some studies showed that proline accumulates in many plant species in response to osmotic stress, and proline plays an important role in plants tolerate to osmotic stress. However,the regulation and function of proline accumulation and some aspects of its biological functions are still unclear. For the above reasons,.we will use J.curcas seedlings as experimental material to study the regulation and antioxidant function of proline accumulation under osmotic stress...Our research includes three parts:..⑴ Research on accumulation pathway of proline in J.curcas seedlings under osmotic stress;.⑵ Regulatory Mechanism of intracellular signal molecules on proline metabolism in J.curcus seedlings under osmotic stress;.⑶ Research on antioxidative fuction of proline in J.curcus seedlings under osmotic stress..Through the above research, we hope to clarify accumulation mechanism and antioxidative fuction of proline in J.curcus seedlings under osmotic stress,and which will promote the development of the engineering of proline metabolism in J.curcus.

能源植物小桐子（Jatropha curcas L.）是重要的多用途树种。一直以来，人们都认为小桐子具有较强的抗渗透胁迫能力。然而，实际上它的产量和分布却受到渗透胁迫的严重影响。许多研究表明，渗透胁迫下脯氨酸积累可有效提高植物的抗渗透胁迫能力。但到目前为止，渗透胁迫下植物脯氨酸积累的调控机制和部分生物学功能还不清楚，这严重障碍了相关研究的开展。基于此，我们实验室以能源植物小桐子幼苗为材料，想通过研究：.⑴ 渗透胁迫下小桐子幼苗脯氨酸的积累途径；⑵ 细胞信号分子对渗透胁迫下小桐子幼苗脯氨酸代谢的调控；⑶ 渗透胁迫下脯氨酸抗氧化的机理，初步阐明渗透胁迫下小桐子幼苗脯氨酸积累的分子机制及抗氧化功能，为进一步通过脯氨酸代谢基因工程手段改良小桐子提供借鉴。

能源植物小桐子（Jatropha curcas L.）是重要的多用途树种，它的产量和分布受到渗透胁迫的严重影响。研究表明，渗透胁迫下脯氨酸积累可有效提高植物的抗渗透胁迫能力。但到目前为止，渗透胁迫下植物脯氨酸积累的调控机制和部分生物学功能还不清楚。基于此，我们以小桐子幼苗为材料，对渗透胁迫下小桐子脯氨酸积累的分子机制和抗氧化功能进行了研究，主要结果如下：. 1、渗透胁迫对小桐子幼苗脯氨酸积累及其代谢途径的影响. 10% PEG 6000处理（模拟渗透胁迫）可显著提高小桐子的脯氨酸含量及脯氨酸合成代谢关键酶Δ1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS) 和鸟氨酸转氨酶(OAT) 的活性, 而降低了脯氨酸脱氢酶(ProDH) 的活性。RT-qPCR 分析也显示, PEG 6000 处理显著上调了P5CS 和OAT 基因的表达水平, 但抑制了ProDH 基因的表达，表明渗透胁迫可通过活化脯氨酸合成的两条途径和抑制其降解途径促使小桐子积累大量的脯氨酸。此外，我们克隆了小桐子的OAT、ProDH和吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)基因。. 2、细胞信号分子对渗透胁迫下小桐子幼苗脯氨酸代谢的影响. ① CaCl2可增加渗透胁迫下小桐子脯氨酸的积累，显著上调P5CS的活性及抑制ProDH的活性，上调P5CS基因的表达，并抑制ProDH基因的表达。② NO供体硝普钠(SNP)可增加渗透胁迫下小桐子脯氨酸的积累，显著上调OAT的活性及OAT基因的表达。③ ABA可促进低温胁迫下小桐子脯氨酸的积累，显著上调P5CS的活性及P5CS基因的表达。此外，ABA抑制了ProDH的活性。④ 外源H2O2可增加渗透胁迫下小桐子脯氨酸的积累，上调P5CS的活性及P5CS基因的表达。. 3、外源脯氨酸对渗透胁迫下小桐子幼苗抗氧化能力的影响. 1.0 mmol/L的脯氨酸处理可提高小桐子超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸专一性过氧化物酶 (APX)的活性和上调SOD、CAT基因的表达。脯氨酸还可提高ASA和GSH的含量，上调AsA-GSH循环关键酶谷胱甘肽还原酶 (GR) 、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR）的活性和GR、DHAR基因的表达。这些结果表明，外源脯氨酸处理增强了渗透胁迫下小桐子的抗氧化能力。