脱水素、抗寒性及环境温度之间的关系：以一种抗寒品种与一种不耐寒的酿酒葡萄（Vitis vinifera L.）品种进行比较

《Canadian Journal of Plant Science》：The relationships between dehydrins, cold hardiness, and the ambient temperature: comparing a cold hardy to a cold tender Vitis vinifera L. cultivar

葡萄品种Riesling与Sauvignon blanc的冷硬性及脱水蛋白积累关系研究。通过差示热分析发现Riesling冷硬性显著高于Sauvignon blanc，且与35、41、48、90 kDa脱水蛋白 bands正相关。环境温度（采样前14天平均温）对冷硬性影响（R2>0.6）远超脱水蛋白自身积累量。品种间存在脱水蛋白-冷硬性关联差异（p<0.05），克隆×砧木组合仅对41 kDa bands有显著交互作用。研究证实脱水蛋白通过间接途径参与冷硬性调控，其积累与冷硬性关系受品种和环境温度双重影响。

　　本研究探讨了葡萄品种Riesling和Sauvignon blanc在不同冷硬性表型下的冷硬性与脱水蛋白（dehydrins）之间的关系。通过在商业葡萄园中采集不同克隆与砧木组合的样本，研究人员利用差示热分析（differential thermal analysis）和半定量免疫印迹技术（semiquantitative immunoblotting）评估了冷硬性及脱水蛋白含量。研究结果显示，Riesling中脱水蛋白带的强度与冷硬性显著相关，尤其是在35、41、48和90 kDa的带中。相比之下，环境温度对冷硬性的影响远大于脱水蛋白含量的影响，且不同品种之间的相互作用也对冷硬性和某些脱水蛋白带产生了显著影响。此外，克隆和砧木基因型对这些关系的影响较小，表明冷硬性主要受环境因素和品种基因的影响，而非克隆或砧木的选择。

葡萄种植业在加拿大经济中占据重要地位，其总经济影响超过115亿美元。然而，寒冷气候对葡萄种植构成重大威胁，尤其是在不列颠哥伦比亚省、安大略省、魁北克省和诺瓦 Scotia 省等地区。葡萄藤作为多年生植物，其最广泛种植的品种——Vitis vinifera L.，常常受到-20°C左右的低温影响。冷硬性是一个三阶段的过程，包括冷适应期、最大冷硬性期和去适应期。环境温度对冷硬性有显著影响，因此被广泛用于冷硬性预测模型中。冷适应期的生理变化和抗冻物质如糖类的积累是冷硬性增强的主要原因。然而，关于脱水蛋白与冷硬性之间的关系，特别是在不同冷硬性表型的品种中，尚无明确结论。

脱水蛋白是一类在非生物胁迫下被上调的蛋白质，如干旱、盐害和寒冷。它们具有高度的亲水性，并属于晚期胚胎发育丰富蛋白（LEA）家族的D-11亚家族。K段共识序列是识别脱水蛋白的关键特征，它在植物界中高度保守。其他主要的共识序列包括富含丝氨酸的S段和位于N端的DEYGNP结构域。大多数植物似乎拥有多种脱水蛋白，它们可以通过针对K段的抗体进行免疫印迹分析。脱水蛋白的结构高度无序，容易受到多种翻译后修饰的影响，这使得它们的分子量预测和通过丙烯酰胺凝胶分离变得复杂。

冷诱导的脱水蛋白可能在植物的冷硬性或冷胁迫耐受中发挥作用。然而，它们的功能研究受到结构高度无序的限制。脱水蛋白被认为在冷暴露期间有助于酶的稳定性，并与活性氧结合。在玫瑰、苜蓿和苹果等植物中，脱水蛋白在冷暴露下会积累。在桃树和西伯利亚云杉中，脱水蛋白的上调与冷硬性正相关。这些植物通常具有多个脱水蛋白基因，它们在冷应答中表现出不同的表达模式。葡萄藤则拥有五个脱水蛋白基因，DHN2、DHN3、DHN4以及高度同源的DHN1a和DHN1b，其预测分子量范围为13.2至23.5 kDa。然而，通过免疫印迹技术检测到的脱水蛋白带包括26、35、48和90 kDa等，这表明葡萄藤中的脱水蛋白可能存在结构变化或翻译后修饰，导致分子量的差异。

在本研究中，通过免疫印迹分析发现Riesling中存在与Sauvignon blanc相同的六条脱水蛋白带。这些带包括23、26、35、41、48和90 kDa。其中，23 kDa带的强度最高，而26和90 kDa带的强度最低。在所有Riesling的克隆和砧木组合中均观察到这一模式。脱水蛋白的积累似乎与冷硬性相关，但在不同品种之间存在差异。研究发现，温度在冷硬性变化中的作用远大于脱水蛋白含量的影响，且温度与品种之间的相互作用对冷硬性和某些脱水蛋白带产生了显著影响。克隆和砧木基因型对脱水蛋白与冷硬性之间的关系影响较小，表明在品种内部，冷硬性主要由环境因素和品种本身的遗传特性决定。

研究还发现，不同品种的脱水蛋白带与冷硬性之间的相关性存在差异。例如，在Sauvignon blanc中，23、26、48 kDa的脱水蛋白带与冷硬性呈正相关，而在Riesling中，这些带的强度与冷硬性之间的关系较弱。此外，26和35 kDa的脱水蛋白带在不同品种之间表现出不同的温度响应。这表明，冷硬性与脱水蛋白之间的关系并非直接，而是受到多种因素的间接影响。环境温度在冷硬性变化中的作用更为显著，特别是在去适应期，温度的变化对冷硬性的影响更为明显。

研究结果表明，脱水蛋白在葡萄藤的冷硬性响应中起间接作用。尽管脱水蛋白的积累与冷硬性有关，但环境温度对冷硬性的影响更为显著。这提示我们，冷硬性的增强不仅依赖于脱水蛋白的积累，还受到多种代谢物和环境因素的共同作用。例如，冷诱导的代谢物如糖类和脯氨酸等在冷适应期和去适应期中表现出不同的积累模式，这些代谢物可能在冷硬性调节中起到关键作用。此外，冷诱导的信号传导途径，如钙信号通路和CBF-COR通路，可能在不同品种之间存在差异，这可能解释了冷硬性表型的不同。

本研究还指出，脱水蛋白的积累可能受到多种因素的影响，包括干旱胁迫、低温暴露以及植物的基因型。例如，DHN1a和DHN1b基因在干旱处理下被上调，而DHN2、DHN3和DHN4则似乎不受干旱影响。这表明脱水蛋白的表达可能与特定的胁迫条件相关。此外，冷暴露可能与脱水蛋白的积累存在复杂的相互作用，这种关系在研究中仍需进一步探索。

总体而言，本研究揭示了葡萄藤中脱水蛋白与冷硬性之间的关系，但同时也指出了脱水蛋白在冷硬性响应中的间接作用。环境温度对冷硬性的影响更为显著，而脱水蛋白的积累可能只是冷硬性增强的一个方面。这些发现对于理解葡萄藤的冷硬性机制具有重要意义，并为提高葡萄种植的抗寒能力提供了新的视角。未来的研究需要进一步探讨脱水蛋白与冷硬性之间的具体机制，以及不同品种在冷适应过程中的基因表达差异。