Plant Physiol. Bioch.丨褪黑素通过调控ABA和GA3促进盐胁迫下棉花种子萌发

论文内容

研究背景：

植物激素在调节植物生长发育过程中起着至关重要甚至决定性的作用。不同的激素相互作用，发挥各自的生物学功能。脱落酸(ABA)是一种介导植物对非生物胁迫反应的激素，对赤霉素(GA)具有拮抗作用。盐胁迫可能通过激活种子分解代谢酶导致ABA和GA的变化。

棉花是一种经济作物，在全球经济发展中具有重要作用。世界上87%的棉花种植面积在发展中国家，中国棉花种植面积已达到590万公顷(Nix et al, 2017)。种子在萌发阶段易受非生物(如盐度胁迫、温度胁迫)和生物胁迫(如种子捕食者、病原体)的影响。种子的根尖在萌发过程中通过种皮出现时，受到外界环境的刺激，引发了一系列快速的形态和生理变化。因此，研究棉花种子在胁迫下的萌发对农业生产具有重要意义。

本研究通过对棉花种子萌发特性、生理参数及相关分子机制的评价，分析外源褪黑素在棉花种子耐盐性中的作用。旨在探讨褪黑素对棉花耐盐性的调控作用，为棉花耐盐新品种的培育提供依据。

研究内容:

了解褪黑素对植物在逆境中的调节作用是很重要的。然而，关于褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发的调控作用尚不清楚，褪黑素对棉花种子萌发过程中ABA和GA信号转导的分子调控机制尚不清楚。虽然已有研究发现褪黑激素可以促进棉花种子萌发，但外源褪黑激素介导棉花种子萌发耐盐性的植物激素调控机制仍不甚清楚。褪黑素对3种盐胁迫处理(CK、单水处理种子萌发、单水处理种子萌发)下GXM9棉花种子萌发性状及生理参数的影响S，盐胁迫下150 mM NaCl预处理种子的萌发;以20μM褪黑素(150 mM NaCl溶液)预处理的种子为研究对象，对其萌发进行了实验研究。

结果表明:盐胁迫(150 mM)抑制棉花种子萌发和内源褪黑素积累，20μM外源褪黑素预处理能提高棉花种子萌发时的发芽率、下胚轴长度和内源褪黑素含量。这表明外源褪黑素从形态学角度促进种子萌发。同时测定淀粉、α-淀粉酶(EC3.3.1.1)、β-半乳糖苷酶(EC3.2.1.23)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)的含量。结果表明，盐胁迫处理第7天，棉花籽粒α-淀粉酶和β-半乳糖苷酶含量分别比对照降低了56.97%和20.18%，淀粉含量比对照提高了11.53%。在盐胁迫下，24 h ABA含量比对照提高了25.18%，GA含量降低了27.99%。在第7天，外源褪黑素处理的棉花种子α-淀粉酶和β-半乳糖苷酶含量分别比S处理提高了121.77%和32.76%，淀粉含量降低了13.55%。为阐明褪黑素促进盐胁迫下种子萌发的分子机制，采用实时荧光定量PCR和RNA测序技术分析了ABA和GA相关基因对植物激素信号转导的影响。结果表明，褪黑素可调节植物信号转导通路中ABA和GA基因的表达，促进胚根发育和种子萌发，缓解休眠。褪黑激素上调ABA信号基因GhABF2的表达，下调GhDPBF2的表达，上调GA信号基因GhGID1C、GhGID1B的表达。

研究结论：

综上所述，褪黑激素通过调节ABA和GA以及介导植物激素信号转导中激素相关基因的表达，增强棉花种子的耐盐性。这将有助于我们探索棉花抗性的调控机制，为棉花新品种的培育提供依据。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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