精氨酸酶基因LeARG2在茉莉酸甲酯诱导采后番茄果实抗冷反应中的作用解析

Chilling injury is an important problem during storage and transportation of postharvest fruit. The research on the induced chilling tolerance holds importance for the control of postharvest fruit storage and transportation. Methyl jasmonate (MeJA), as a natural plant regulator compound, has a potential application in postharvest treatments for alleviating chilling injury. However, the mode of action of MeJA in reducing chilling injury has not been clearly elucidated. Our previous results indicated that LeARG2, the second gene encoding arginase, was most likely involved in the chilling tolerance of tomato fruit induced by MeJA, which need to further study. This project will use tomato fruit as material, silence LeARG2 by virus-induced gene silencing (VIGS) and combine with MeJA treatment to study the function of LeARG2 in the chilling tolerance of fruit induced by MeJA at the molecular, biochemic and visual levels. Proteomic techniques are employed to analyze the proteins involved in MeJA signaling that depend on LeARG2 function, which helps to reveal the mechanism of LeARG2 involved in MeJA-induced chilling tolerance of fruit. In addition, arginine catabolism is also detected at the transcriptional, enzymatic and metabolic levels, so as to fully understand the role of fruit LeARG2 in response to cold stress. This project will not only be of great value to understand the mode of action of MeJA in reducing chilling injury and guide the practice of reducing the chilling injury of postharvest fruit, but also provide an important reference for the functional research of arginase and its gene in postharvest fruit.

冷害是果蔬采后贮运中的重要问题，抗冷诱导的研究对果蔬贮运具有重要的理论和实践意义。茉莉酸甲酯（MeJA）作为植物内源的生长调节因子，在果蔬采后抗冷诱导中的应用前景广阔，但关于其抗冷诱导的机制尚不明确。我们前期的研究发现，MeJA诱导的番茄果实抗冷反应与精氨酸酶基因LeARG2关系密切，亟待深入研究。本项目拟以番茄果实为材料，利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术沉默LeARG2基因，结合MeJA处理，从分子水平、生化水平以及直观效果等层面，分析LeARG2在MeJA抗冷诱导中的作用，并采用蛋白质组学的技术解析应答MeJA并依赖LeARG2的重要蛋白，同时在转录、酶学及物质代谢水平对精氨酸的代谢进行检测，深入揭示LeARG2在果实抗冷反应中的功能及其影响MeJA抗冷诱导的机制。本研究对认识MeJA抗冷诱导的机制及指导果蔬采后冷害控制的实践均具有重要意义，并为精氨酸酶及其基因功能的研究提供参考。

低温贮运是保持果蔬采后品质最有效的方法之一，但许多冷敏型果蔬在冰点以上的低温环境中易发生冷害，严重影响果蔬的采后品质。因此，揭示果蔬的抗冷机制，探讨安全、高效的果蔬冷害控制方法具有重要的理论和实践意义。茉莉酸甲酯（MeJA）作为植物内源的生长调节因子，在果蔬采后抗冷诱导过程中起着重要作用，且应用前景广阔，但关于其抗冷诱导的机制目前尚不明确。LeARG2是编码番茄精氨酸酶的重要基因，研究发现，LeARG2的表达可被MeJA信号强烈诱导。我们前期的研究表明， LeARG2的表达以及精氨酸酶功能的发挥可能在MeJA 诱导的番茄果实抗冷过程中发挥了重要作用，亟待深入研究。.基于上述研究，我们利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术成功创建了LeARG2基因沉默果实体系，并结合精氨酸酶特异性抑制剂的应用，从分子水平、生化水平以及直观效果等层面，研究了LeARG2 及精氨酸酶在MeJA 抗冷诱导中的作用。结果发现，低温胁迫和MeJA处理均可显著诱导LeARG2的表达及精氨酸酶活性的上升，LeARG2沉默及精氨酸酶活性的抑制可加重果实冷害的发生，降低MeJA对果实抗冷的诱导效果。对精氨酸代谢的研究发现，精氨酸酶介导的代谢通路在MeJA介导的果实抗冷过程中发挥了重要作用，LeARG2表达及精氨酸酶活性的下降，减少了精氨酸向脯氨酸方向的流向，降低了果实抗氧化酶的活性。通过荧光实时定量PCR技术发现，LeARG2沉默及精氨酸酶活性的抑制可明显降低MeJA诱导的病程相关蛋白的转录水平。在本项目的研究中，我们同时发现，精氨酸代谢在果实的抗冷过程中发挥了比较重要的作用，为探讨新的采后保鲜及果实冷害的安全控制方法，我们利用不同成熟期的番茄果实对果实采后精氨酸的代谢规律进行了系统研究，并创新性的将精氨酸酶的最佳底物精氨酸应用于采后研究，探讨了精氨酸处理对采后果实抗冷能力的影响，证实了精氨酸处理是可以有效控制果实采后冷害发生的新方法。