摘要
我国是世界苹果(Malus×domestica)第一生产大国。黄土高原是我国苹果最大的优质产区，但土壤干旱、盐渍化以及病害等逆境严重制约着该产区苹果产业的发展。肌醇(myo-inositol)是生物界广泛存在的一种小分子多元醇。在高等植物中，肌醇及其衍生物作为重要的抗逆调节因子，既能作为关键的代谢物调节渗透平衡和清除活性氧(ROS，reactive oxygen species)，同时又可作为信号分子调控众多代谢途径，提高植物逆境耐受力。然而，目前肌醇在苹果中的抗逆功能尚不清楚。本研究首先通过外源施加确定了肌醇在盐和干旱胁迫中对苹果的保护作用。然后，利用苹果转基因技术，分别改变苹果肌醇生物合成限速酶肌醇-1-磷酸合酶基因MdMIPSs和肌醇转运蛋白基因MdINT1的表达水平，具体分析了肌醇在苹果逆境响应中的功能及其可能的机制。 主要研究结果如下： 1.在水培系统下，外源施加50μM肌醇能有效缓解盐胁迫对平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)造成的伤害。进一步研究发现，在盐胁迫下，外施肌醇可以缓解叶片光合能力和叶绿素含量的下降，减轻生长抑制；可以改善抗氧化系统，减少ROS积累，减轻盐胁迫造成的氧化损伤；还可以减少Na+积累并促进可溶性糖醇的积累，维持植物体内离子和渗透平衡。 2.苹果MdMIPS1/2介导合成的肌醇参与调节植株的衰老过程。当MdMIPS1/2被RNAi(RNA interference)干扰后，转基因植物体内肌醇含量显著降低，植株发生严重的细胞程序性死亡(Programmed cell death, PCD)，表现为叶片和根系坏死，最终导致植株死亡。分析发现，在干扰植株中，细胞壁水溶性果胶含量增加，诱导了水杨酸积累，进而损坏植株的抗氧化系统，导致ROS大量积累。同时，肌醇减少还诱导了乙烯合成增加，从而加速了ROS介导的PCD发生。反之，在MdMIPS1过表达苹果植株中，肌醇含量增加，显著延缓了苹果叶片的衰老。 3.苹果MdMIPS1介导合成的肌醇正调控植株的耐盐性。异位表达MdMIPS1的转基因拟南芥肌醇含量增加，同时转基因植株对盐和渗透胁迫的抗性显著增强。在苹果中，MdMIPS1具有同样的抗逆功能。盐胁迫下，与野生型GL-3相比，MdMIPS1过表达苹果植株中肌醇和渗透保护物质含量增加、抗氧化酶活性增强、ROS积累量减少以及Na+含量和钠钾比降低，植株耐盐性显著增强。 4.苹果肌醇转运蛋白MdINT1定位于液泡膜，其表达受盐胁迫诱导，而且在苹果叶片和根系中表达水平较高。正常生长条件下，MdINT1过表达苹果植株叶片中肌醇含量略微减少，但在盐胁迫下，与GL-3相比，过表达植株抗氧化酶活性提高、渗透保护物质积累量增高、钠钾离子平衡相对稳定，耐盐性增强。MdINT1干扰植株叶片和根系中肌醇含量增加，但是耐盐性降低。MdINT1可能通过参与肌醇在液泡中的积累调节肌醇的利用率。干扰植株中肌醇转运活性降低，可能导致肌醇被区隔在液泡中无法发挥保护作用，增加对盐胁迫的敏感性。 5.苹果MdMIPS1介导合成的肌醇正调控植株的耐旱性。在长期中度干旱胁迫下，外源施加50μM的肌醇能显著促进平邑甜茶的生长。此外，短期干旱和长期中度干旱胁迫下，MdMIPS1过表达苹果植株的耐旱能力也显著增强，主要表现为叶片相对含水量、叶绿素含量、叶绿素荧光Fv/Fm和光合速率均显著高于GL-3。另外，在短期干旱胁迫下，MdMIPS1过表达苹果植株还表现出抗氧化酶活性增强；而在长期中度干旱胁迫下，过表达苹果植株的水分利用效率(WUE)和相对生长率均显著优于GL-3。这些结果表明，MdMIPS1过表达后，苹果植株肌醇含量增加，耐旱性增强。
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