南京土壤所在小麦种子萌发期应对逆境胁迫的响应机制方面取得进展

植物的生长发育过程受到各种环境胁迫或自然灾害的影响。小麦是世界上最重要的粮食作物之一，但其在生长过程中经常受到干旱、高盐和洪涝等逆境的影响。特别是，小麦种子的萌发极易被各种胁迫延缓乃至打断，进而影响幼苗生长和最终的产量和品质。前期对于小麦响应逆境胁迫的相关研究大多集中在幼苗和后期生长阶段，而对于小麦种子在萌发期应对逆境胁迫的响应机制鲜有报道。

南京土壤所兰平研究员课题组对萌发期的小麦种子采用PEG、NaCl和淹水处理分别模拟干旱、盐胁迫和洪涝灾害。研究发现，这些逆境均会对种子萌发造成显著的负面影响，其中以淹水的损害最为严重，致使种子不能正常萌发。进一步对这些胁迫下小麦种子胚和胚乳分别进行蛋白组学分析，结果显示种子的不同部位均能通过多种方式响应干旱、盐和淹水胁迫。小麦种子胚中主要是通过小分子物质代谢、苯丙烷类物质生物合成和脂肪酸降解等途径来应对不同的胁迫。同时，小麦种子胚还分别通过半胱氨酸、甲硫氨酸代谢以及淀粉和蔗糖代谢来适应PEG、NaCl胁迫和淹水胁迫。

胚乳通常被认为主要为种子的萌发提供营养。本研究通过比较蛋白组学发现，小麦种子胚乳中在干旱、盐和淹水胁迫下氧化磷酸化和泛素介导的蛋白质水解过程等发生变化，进而调节能量和蛋白质代谢。这表明胚乳在应对不同的非生物逆境胁迫响应中也发挥特定的功能。结合生理生化分析发现相对于胚乳，胚对胁迫的响应不仅更为剧烈，而且速度更快；淹水对种子萌发的影响最为致命，干旱和盐则较为温和。本研究发现小麦种子在萌发期应对不同胁迫下具有普适性的代谢通路，如苯丙烷类物质、脂肪酸合成和代谢过程等，这些可以为后续抗逆作物的选育提供指导。

小麦种子胚乳在萌发期响应干旱、盐和淹水胁迫的差异表达蛋白的KEGG途径富集分析

相关研究结果最近在Plant Molecular Biology和Journal of Proteomics上发表。该研究得到国家重点研发计划项目、973计划、“一三五”计划和领域前沿项目以及旱区作物逆境生物学国家重点实验室开放课题资助。

文章链接:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11103-020-01087-8

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187439192030124X

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