关键词:
苹果休眠芽
超低温保存
含水量
脂质代谢
摘要:
苹果(Malus pumila Mill.)是具有重要经济价值的作物。休眠芽超低温保存是木本植物种质资源保存的重要方式,但超低温保存过程中多重胁迫下的休眠芽细胞完整性维持、存活再生机制尚未阐明。本研究以‘寒富’苹果休眠芽为研究材料,干燥获得不同含水量(moisture content,MC)的样品,进行程序降温、液氮保存、化冻回湿和恢复再生处理。通过测定不同含水量(40%、30%和20%MC)的苹果休眠芽超低温保存存活和田间嫁接再生率,分析不同处理过程中休眠芽水分组成、细胞完整性、活性氧(reactive oxygen species,ROS)积累和清除等变化,结合靶向脂质组学和甘油磷脂代谢关键磷脂酶活性及相关基因表达水平变化,解析苹果休眠芽超低温保存过程氧化胁迫诱导脂质重塑及甘油磷脂代谢响应模式。主要得出以下结论:
1.30%MC的休眠芽超低温保存再生率高达93.33%。40%MC的休眠芽因其自由水含量高,在超低温保存过程中易形成冰晶损伤,可能导致ROS的过度积累和脂质过氧化,加剧细胞氧化还原态和膜完整性的破坏,导致再生率低于30%MC休眠芽;30%MC的休眠芽水分组成主要为结合水和不易移动水,超低温保存过程中冰晶损伤程度低,抗氧化酶活性升高,有助于及时清除ROS,促进存活再生。
2.苹果休眠芽超低温保存过程发生脂质组分重构,不同含水量休眠芽脂质组分重构模式不同。30%MC休眠芽在超低温保存前后磷脂酸(phosphatidic acid,PA)、磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline,PC)和磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE)组分协同响应,有利于存活再生。PA在超低温保存过程中相对含量显著高于40%MC,PA有利于传递低温胁迫信号,进一步调控其他甘油磷脂代谢。PC、PE相对含量表现为液氮保存前显著低于40%MC,化冻回湿后显著高于40%MC。30%MC休眠芽通过保存前降低膜流动性,回湿后提高膜流动性,有利于休眠芽恢复再生。
3.苹果休眠芽超低温保存过程中,30%MC休眠芽Md DGK4与Md PI-PLC6表达显著上调,调控PA和磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositol,PI)的合成;并促进PC合成基因Md LPCAT2、Md PDCT,以及PC水解基因Md PLD3/5/7、Md PDAT、Md PLA2基因代谢响应。30%MC休眠芽通过调控脂质成分和组成以及膜流动性,有利于休眠芽在超低温处理过程多重胁迫下存活再生。
综上,苹果休眠芽超低温保存适宜含水量为30%MC。超低温保存过程中自由水含量低不易形成冰晶损伤,有利于存活再生。不同含水量休眠芽膜脂重塑模式不同,保存前降低膜流动性-回湿后提高膜流动性,促进存活再生。该研究为休眠芽超低温保存再生提供理论和技术支撑。