藜麦响应盐胁迫基因与生理生化

文献集中于藜麦在盐胁迫下不同基因的差异性表达及相关理化指标相对变化

盐生植物中的多胺研究

类型b

这篇综述文章由Milagros Bueno和María-Pilar Cordovilla撰写,他们来自西班牙哈恩大学(University of Jaén)实验科学学院植物生理学实验室。该文章于2019年4月9日发表在《Frontiers in Plant Science》期刊上。

主题与背景

本文主要探讨了多胺(Polyamines, PAs)在盐生植物(halophytes)中的作用。盐生植物能够在高盐环境下完成其生命周期,它们为研究植物对盐胁迫的适应机制提供了有用的模型。此外,一些盐生植物具有较高的经济价值,被推荐作为替代作物种植在受盐影响的沿海地区或盐碱农田中。近年来,关于多胺在耐盐植物中的作用的理解有了很大的进展。

主要观点及其支持证据

多胺在盐生植物中的功能多样性

多胺(PAs)与植物生命周期的许多方面有关,包括对生物和非生物胁迫的响应。例如,在使用某些耐盐物种(如Atriplex atacamensis、A. halimus、Inula chrithmoides和Kosteletzkya pentacarpos)进行的植物修复过程中,多胺与重金属响应相关联。在具有卓越营养特性的作物如藜麦(Chenopodium quinoa)中,多胺可能作为耐盐基因型的有用标记。信号传导和保护机制已在极端盐生植物Mesembryanthemum crystallinum和Thellungiella spp.中深入研究,这使得可以通过遗传操作来调控PA的生物合成。

多胺在特定盐生植物中的作用

在Prosopis strombulifera中,根据盐的类型(NaCl、Na2SO4),报告了不同的生化和生理反应。亚精胺(Spermidine)和精胺(Spermine)的增加与胁迫耐受性呈正相关,因为这些化合物在Cymodocea nodosa和Solanum chilense中分别提供了保护作用。此外,脱落酸(Abscisic acid, ABA)和水杨酸(Salicylic acid, SA)可以增强多胺在这些植物中的有益效果。因此,这些结果表明多胺具有巨大的潜力,并有助于胁迫耐受性。

多胺在藜麦中的研究

大多数供人类消费的物种属于糖生植物(glycophytes,即盐敏感植物),因此盐生植物可以用作传统农作物的替代品,特别是在气候条件恶劣的国家。藜麦是一种安第斯盐生植物,属于苋科,具有显著的非生物胁迫耐受性。Orsini等人(2011年)研究了来自智利南部的藜麦种质(BO78),展示了腐胺(Putrescine, PUT)与组织中Na+或K+水平之间的反比关系,从而将这种二胺与维持适当的阳离子/阴离子平衡联系起来。Ruiz-Carrasco等人(2011年)比较了四个藜麦基因型在盐胁迫下的生长、生理和分子反应。所有经过盐处理的藜麦基因型均表现出相同的模式,即PUT水平急剧下降,同时(Spd + Spm)与PUT的比例增加,Spd和Spm与重要的生理过程更密切相关。这些研究人员得出结论认为,耐盐基因型可能具有高水平的脯氨酸(Pro)和PAs(Spd/Spm),并能提供保护功能,是盐适应的有用指标和潜在的改良作物基因型。

多胺在植物修复中的应用

两种广泛研究的盐生植物因其对盐胁迫和干旱的高度抗性而受到关注:沙漠盐木(Atriplex atacamensis Phil.),一种原产于阿塔卡马沙漠(智利)的灌木,以及地中海地区的A. halimus。这两种植物通过位于叶片表面的盐囊(salt bladders)排出离子(Cl− 和 Na+)。Ben Hassine等人(2009年)在A. halimus中报告的数据表明,自由多胺(主要是Spd和Spm)可能参与排泄过程和通过盐囊调节离子流。Lefèvre等人(2009, 2010年)还发现,在含有镉(Cd)的培养基上,A. halimus抗水分胁迫细胞系中的PUT和Spd水平较高,而Spm和DAP在干旱胁迫敏感细胞系中较高。多胺在减少离子毒性、降低氧化应激和限制Cd有害影响方面有效。

总结与意义

本文综合了多胺在十种盐生植物中的作用及其在植物生理学中的角色,帮助阐明了这些生长调节剂在盐生植物中的潜在机制。多胺不仅在盐胁迫下发挥保护作用,还在植物修复和作物改良中展现出巨大潜力。通过深入研究多胺的功能及其与其他代谢途径的相互作用,未来有望开发出更多耐盐作物,应对全球气候变化带来的挑战。

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