葡萄芪合成酶基因及其产物对紫外UV-C光的应答研究

【作者】 马福利； 王磊； 刘梦琪； 刘婉迪； 王跃进；

【机构】 西北农林科技大学园艺学院；

【摘要】 紫外UV-C光处理常被用于蔬菜贮藏、延迟果实软化和激活植物对病源入侵的防御反应等。在葡萄生产上,UV-C处理作为一种非化学手段用来提高葡萄浆果和葡萄酒中白藜芦醇的含量。白藜芦醇作为植保素不仅能增强植物对病原菌入侵的防御,对人类还具有保护心脏、抗癌、抗氧化等诸多保健功能。因此,研究芪合成酶基因及其产物白藜芦醇对UV-C光处理的应答机理,对增强种植在强紫外光区域葡萄的抗病性与提高果实品质具有重要的理论指导意义。本研究中利用农杆菌介导的体细胞胚遗传转化体系获得VpSTS29-GFP转基因‘无核白’葡萄材料;通过western blot和高效液相色谱法（HPLC）研究了自然发育条件下不同组织（根、茎、叶和叶柄）以及紫外UV-C光处理条件下芪合成酶VpSTS29-GFP的表达和芪类物质的积累模式;激光共聚焦可视化观察和亚细胞组分分析VpSTS29-GFP在细胞器间的动态分布;转录组数据分析过表达VpSTS29-GFP引起的差异表达基因;通过拟南芥原生质体瞬时转化体系研究芪合成酶基因及其产物与H₂O₂之间的相互作用关系。基于1年生VpSTS29转基因无核白葡萄材料,VpSTS29-GFP主要在根和成熟叶片中高表达;白藜芦醇主要分布在根和茎中。紫外UV-C处理条件下,叶片中VpSTS29-GFP蛋白水平受诱导表达且转基因无核白株系积累高水平的白藜芦醇及其衍生物。显微荧光观察和亚细胞组分分析表明UV-C辐射诱导VpSTS29-GFP从细胞质向叶绿体迁移。芪合成酶在细胞器间的穿梭与芪类物质的积累在时空上密切相关,叶绿体可能是胁迫条件下合成白藜芦醇的主要场所。此外,表型观察结果表明,转基因无核白株系增强了对UV-C辐射的敏感性（叶片表现出干枯和烧焦状,且体内H₂O₂的水平降低）。转录组数据分析表明,过表达VpSTS29改变了响应芪类物质合成、氧化还原进程和光刺激相关基因的表达。在拟南芥原生质体瞬时转化体系过表达VpSTS29和H₂O₂合成关键酶乙醇酸氧化酶（Glycolate oxidase 1,GLO1）也能降低细胞内部H₂O₂的含量。研究结果表明,芪合成酶在响应紫外UV-C刺激条件下存在细胞器间的动态分布以及芪类物质参与调节植物响应的氧化应激胁迫,这为今后在高海拔紫外光强的区域栽培葡萄,增强芪合成酶基因表达,促进芪合成酶及其产物的形成与积累,继而提高果实品质具有重要的参考价值。更多还原