园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (12): 3143-3156.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0997
• 遗传育种·种质资源·分子生物学 • 下一篇
孙文静, 李小艳, 张静允, 周辉, 黄小军, 马锋旺*(
), 龚小庆*(
)
收稿日期:2025-08-08
修回日期:2025-10-20
出版日期:2025-12-25
发布日期:2025-12-20
通讯作者:
基金资助:
SUN Wenjing, LI Xiaoyan, ZHANG Jingyun, ZHOU Hui, HUANG Xiaojun, MA Fengwang*(
), GONG Xiaoqing*(
)
Received:2025-08-08
Revised:2025-10-20
Published:2025-12-25
Online:2025-12-20
摘要:
通过改变外源和内源苹果植株中的肌醇含量,并对其进行高温处理,解析肌醇在苹果响应高温胁迫中的功能。结果发现,高温胁迫引起苹果叶片枯黄萎蔫,活性氧、丙二醛和电导率迅速升高,叶绿素含量降低;然而100 µmol · L-1外源肌醇处理显著缓解了高温对苹果植株造成的伤害。MdMIPS1编码肌醇合成的关键限速酶,其在高温胁迫下大量表达。利用实验室前期获得的MdMIPS1过表达的转基因株系(OE,高肌醇含量)进行高温处理,结果表明,与野生型植株相比,OE株系在高温下叶片失绿干枯症状比较轻微,电导率较低,叶绿素含量较高;高温下OE株系的气孔开度更大,光合系统效率更强;与野生型相比,OE植株在高温下表现出更低的活性氧水平、更高的抗氧化酶活性;并且一些编码热激蛋白的基因也在OE植株中表达水平更高。以上这些结果表明,提高肌醇水平能直接提高苹果植株对高温胁迫的抗性。
孙文静, 李小艳, 张静允, 周辉, 黄小军, 马锋旺, 龚小庆. 苹果肌醇-1-磷酸合成酶基因MdMIPS1参与高温胁迫应答的功能分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(12): 3143-3156.
SUN Wenjing, LI Xiaoyan, ZHANG Jingyun, ZHOU Hui, HUANG Xiaojun, MA Fengwang, GONG Xiaoqing. The Inositol-Phosphate Synthase Gene,MdMIPS1,Enhances Heat Stress Tolerance in Transgenic Apple Plants[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(12): 3143-3156.
| 引物名称Primer name | 正向引物序列(5′-3′)Forward primer sequence | 反向引物序列Reverse primer sequence |
|---|---|---|
| qEF-1α | ATTCAAGTATGCCTGGGTGC | CAGTCAGCCTGTGATGTTCC |
| qMdMIPS1 | AGGCCAAGTTCCACTCATTCCAC | CAAGCCCTCAGTATGTTCTCCAG |
| qMdHY5 | AACTAGCATCCAAAGCTAGCC | CCACAGTCTGCAGTTTCACAAG |
| qMdDREB2A | CAGAGAACTTCACAACCGAC | CCAGTGCTCATGGCAAGGTTTT |
| qMdHSP17.3 | AAGTTTGTGTTGCCGGAG | ATGTTATAATCCCTGCACGA |
| qMdHSP70-2 | CTCTGTCTCTCGGTTTGGAG | GTCTTGTCCTCGGCAGAAA |
| qMdHSP70-1 | CAAGCTGAAAGAGCTCAAGG | CTGTCCCAGCTGCATTACTT |
| qMdHSP90-5 | ACACTCACTTCACCACTGAG | CATTTGAATCCACCACACCC |
表1 qRT-PCR引物序列
Table 1 Primer sequences of qRT-PCR
| 引物名称Primer name | 正向引物序列(5′-3′)Forward primer sequence | 反向引物序列Reverse primer sequence |
|---|---|---|
| qEF-1α | ATTCAAGTATGCCTGGGTGC | CAGTCAGCCTGTGATGTTCC |
| qMdMIPS1 | AGGCCAAGTTCCACTCATTCCAC | CAAGCCCTCAGTATGTTCTCCAG |
| qMdHY5 | AACTAGCATCCAAAGCTAGCC | CCACAGTCTGCAGTTTCACAAG |
| qMdDREB2A | CAGAGAACTTCACAACCGAC | CCAGTGCTCATGGCAAGGTTTT |
| qMdHSP17.3 | AAGTTTGTGTTGCCGGAG | ATGTTATAATCCCTGCACGA |
| qMdHSP70-2 | CTCTGTCTCTCGGTTTGGAG | GTCTTGTCCTCGGCAGAAA |
| qMdHSP70-1 | CAAGCTGAAAGAGCTCAAGG | CTGTCCCAGCTGCATTACTT |
| qMdHSP90-5 | ACACTCACTTCACCACTGAG | CATTTGAATCCACCACACCC |
图1 高温胁迫下外源肌醇对苹果耐热性的影响 A:表型;B:MDA含量;C:叶绿素含量;D:相对电导率。采用单因素方差分析进行邓肯氏多重比较检验,不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。下同
Fig. 1 Effect of exogenous MI on heat resistance of apple under high temperature stress A:The performance;B:MDA content;C:Total chlorophyll content;D:Electrolyte leakage. The data were shown as the mean of three replicates,and univariate analysis of variance and duncan multiple comparison were used,with different letters indicating significant differences between the data(P < 0.05). The same below
图3 高温下苹果MdMIPS1表达模式分析 A:组织表达量;B:叶片中的时空表达模式
Fig. 3 Analysis of expression of apple MdMIPS1 A:Relative expression levels in tissues;B:Spatio-temporal expression patterns in leaves
图4 MdMIPS1转基因苹果在高温胁迫下的耐热性 A:植株与叶片表型;B:相对电导率;C:叶绿素含量。WT:GL-3野生型;OE-4、OE-6:GL-3苹果MdMIPS1过表达株系。下同
Fig. 4 Analysis of heat resistance of MdMIPS1 transgenic apple plants under high temperature stress A:The performance of plant and leaf;B:Electrolyte leakage;C:Chlorophyll content. WT:GL-3 wild-type. OE-4/OE-6:Transgenic apple plants with overexpression of MdMIPS1. The same below
图5 MdMIPS1转基因苹果在高温胁迫下的光合作用能力 A:叶绿素荧光;B:最大光化学效率;C:蒸腾速率;D:净光合速率;E:胞间二氧化碳浓度;F:扫描电子显微镜下叶片气孔;G:气孔开度;H:气孔导度。不同字母表示WT、OE-4、OE-6株系分别在对照或者高温处理数据间具有显著差异(P < 0.05)
Fig. 5 Analysis of photosynthetic capacity of MdMIPS1 transgenic apple plants under high temperature stress A:The chlorophyll fluorescence;B:Fv/Fm;C:Tr;D:Pn;E:Ci;F:Leaf stomata;G:Stomatal opening;H:Gs. Different letters indicated WT,OE-4 and OE-6 strains have significant differences in control or heat stress data significant differences between the data(P < 0.05)
图6 MdMIPS1转基因苹果在高温胁迫下的抗氧化能力 A:活性氧组织化学染色;B:超氧阴离子含量;C:过氧化氢含量;D:SOD活性;E:POD活性
Fig. 6 Analysis of antioxidant capacity of MdMIPS1 transgenic apple plants under high temperature stress A:NBT and DAB staining;B: $\mathrm{O}_{2}^{\overline{·}}$ content;C:H2O2 content;D:SOD activity;E:POD activity
图7 高温胁迫下野生型及过表达株系中热激响应基因的相对表达水平 按行进行Z-score归一化处理
Fig. 7 Relative expression levels of heat shock proteins genes in WT and OE plants under high temperature stress Row Z-score normalization
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