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【Froniters in Plant Science】日本天堂高清码v免费视频青藏高原特色草种质资源创新与育种利用团队揭示紫花苜蓿耐热分子机制

发布日期:2021-12-13浏览量:

2021年12月9日,日本天堂高清码v免费视频青藏高原特色草种质资源创新与育种利用团队在国际学术期刊Froniters in Plant Science在线发表了题为“Physiological and Proteomic Responses of Contrasting Alfalfa (Medicago sativa L.) Varieties to High Temperature Stress”的研究论文,揭示了紫花苜蓿的耐热生理和分子机制。

 

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随着全球气温不断升高,提高耐热性已成为改良作物的重要方向。紫花苜蓿被誉为“牧草之王”,在农牧业生产中发挥着极为重要的作用,高温是紫花苜蓿生长的重要限制因子,耐热型紫花苜蓿培育具有重要生产意义,然而热胁迫下紫花苜蓿的生理和分子响应机制仍知之甚少。

为了阐明紫花苜蓿在高温迫下的生理响应机制,该团队通过对22份不同秋眠级紫花苜蓿热胁迫下表型和生理指标观测,综合评价筛选出耐热型紫花苜蓿品种—南苜701(MS30)和热敏型紫花苜蓿品种—南苜801(MS37)。通过进一步比较和分析两份苜蓿在高温胁迫下的生理变化趋势,发现高温会影响苜蓿的光合作用并破坏苜蓿的细胞膜稳定性(Fig 1)。但与MS37相比,MS30受到影响相对较。馐且蛭谡龈呶滦财裙讨,MS30的渗透调节系统和抗氧化防御系统能够更积极、更稳定地发挥作用(Fig 2)。


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FIGURE 1 | The changes of photosynthetic system and membrane system in MS30 and MS37 under HT stress. (A) Total chlorophyll content. (B) The chlorophyll fluorescence parameter (Fv/Fm). (C) MDA content. (D) Electrolyte leakage.


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FIGURE 2 | The changes of Osmotic Regulation System and Antioxidant Defense System in MS30 and MS37 under HT stress. (A) Pro content. (B) Soluble sugar content (SSC). (C) Soluble protein content. (D) The activity of superoxide dismutase (SOD). (E) The activity of catalase (CAT). (F) The activity of peroxidase (POD). (G) The activity of glutathione peroxidase (GSH-Px). (H) The activity of ascorbate peroxidase (APX).

 

为进一步揭示高温胁迫下紫花苜蓿生理变化的分子机制,该团队利用TMT技术对这两份耐热性差异显著的紫花苜蓿材料在高温胁迫下的蛋白组学进行了比较分析,发现在整个高温胁迫过程中,MS37的差异表达蛋白个数明显高于MS30。通过对这些差异表达蛋白进行功能注释和分析,发现这些差异表达蛋白主要富集在与光合途径、物质代谢、抗氧化和损伤修复等相关途径上,表明这些途径中的蛋白受高温胁迫的影响较大,并且在决定苜蓿耐热性强弱上起到关键作用。

基于上述结果,该团队筛选出了共同存在于两个苜蓿品种中的24个关键差异表达蛋白(Fig 3),在高温胁迫下,这些蛋白在不同紫花苜蓿材料中表达量的多少决定其耐热性的强弱。值得注意的是通过对两份紫花苜蓿蛋白组数据的分析,该团队也发现,在高温胁迫下,热敏型材料MS37受到的影响明显强于耐热型材料MS30,这些影响主要体现在光合过程和物质代谢过程中(Fig 4),而MS30的修复能力要明显强于MS37,这主要体现在MS30中热休克蛋白的表达量更高、种类更丰富,这与生理指标测定的结果一致。

 

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FIGURE 3 |  The heatmap of key DEPs co-existed by both alfalfa varieties in response to HT stress. Heat map based on the expression leave of each protein in each sample. The darker the color, the higher the protein expression, and the lighter the color, the lower the protein expression. Each row in the heat map represents the levels of a DEP under different conditions. The DEP name were listed on the right side of the heat map.

 

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FIGURE 4| Metabolism-Related DEPs of two alfalfa varieties. (A) Metabolism-Related DEPs in MS30. (B) Metabolism-Related DEPs in MS37. These figures can be divided into two parts, including primary metabolism and secondary metabolism.

 

综上所述,该研究通过分析高温胁迫下耐热型和热敏型紫花苜蓿生理及蛋白组学的变化趋势揭示了紫花苜蓿的耐热分子机制并挖掘出了关键的耐热蛋白(Fig 5)。该研究为后续耐热型紫花苜蓿新品种的选育提供了理论基。哂星痹诘目蒲Ш陀τ眉壑。

日本天堂高清码v免费视频青藏高原特色草种质资源创新与育种利用团队研究实习员李英主硕士、在读博士生李欣瑞为共同第一作者,日本天堂高清码v免费视频鄢家俊研究员、白史且研究员为共同通讯作者。

 

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FIGURE 5 | Model shows the differential responses of two alfalfa varieties with contrasting heat tolerance to HT stress based on physiological and proteomic changes.

 

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