盐胁迫以及内源性抗氧化剂褪黑素和脯氨酸调节水稻的应激反应以及表观遗传调控基因的表达

《Tropical Plant Biology》：Salt Stress and Endogenous Antioxidants Melatonin and Proline Modulate Stress Responses and Expression of Epigenetic Regulatory Genes in Rice

　　

摘要

适量的盐分虽然可能不会显著影响植物的新陈代谢，但仍能影响植物的转录组。我们之前的研究结果表明，脯氨酸（25 mM）和褪黑素（100 μM）所诱导的抗氧化剂水平相当于150 mM盐处理的效果。先前已有报道指出，脯氨酸和褪黑素会改变其生物合成基因的启动子区域的表观基因组结构，从而影响这些基因的转录调控。本研究评估了150 mM盐分对特定抗逆转录本的影响，以及外源提供的抗氧化剂脯氨酸和褪黑素如何调节这些转录本的表达。研究结果表明，在150 mM盐胁迫下，脯氨酸和褪黑素的功能存在明显差异：使用褪黑素时，光合色素叶绿素a（Chl a）和叶绿素b的含量增加；而脯氨酸或脯氨酸与盐共同作用时则提高了稻米中的类胡萝卜素含量。外源褪黑素显著降低了盐胁迫植物的脂质过氧化程度。除抗坏血酸过氧化物酶（APX）外，其他抗氧化剂的转录水平在盐和褪黑素共同作用条件下显著升高。在脯氨酸存在的情况下，适量的盐分并未诱导任何脯氨酸生物合成酶的转录；尽管适量盐分增强了褪黑素的所有生物合成相关基因的转录，但外源褪黑素抑制了除SNAT1以外的所有相关酶的转录。适量的盐分和褪黑素显著上调了褪黑素的生物合成基因的转录，但T5H基因除外。甲基化酶和去甲基化酶的转录水平分析表明，在实验条件下它们的表达存在差异。由于以往的研究使用了高浓度的盐分（而在实际环境中这种高浓度较为罕见），因此150 mM盐分的研究有助于我们识别脯氨酸和褪黑素所调节的盐胁迫响应通路。