乙烯在春石斛PLBs超低温保存细胞程序性死亡中的作用及其与H2O2的关系研究

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超低温保存技术是目前最有效的、可实现长久保存的植物种质资源保存方法之一,但一些植物材料保存后死亡或存活率较低一直是未解的难题。细胞程序性死亡(PCD)是造成一些动物材料超低温保存后存活率下降的主要原因之一,调控PCD发生可能是降低冻存后死亡率的途径之一。但是超低温保存中PCD的研究刚刚起步,内源信号尚不清楚。乙烯和过氧化氢(H2O2)作为重要的信号分子参与了植物的多种逆境下PCD发生,其在超低温保存中的作用尚不明确。本文以春石斛PLBs为材料探究乙烯和H2O2作为信号分子在超低温保存PCD发生中的作用及机制,并探讨了其与H2O2在此过程中的互相作用关系,为进一步揭示超低温保存机制提供依据。1.在超低温保存程序的预培养或Loading环节添加400 mg·L-1乙烯利,PLBs内源ACC含量和ACO、ACS活性均显著提高,分别较对照组增加20.64%、21.80%和729.47%;ACO、ACS基因表达量显著上调,此时PLBs液氮冻存后存活率较对照提高了7.97%。表明外源乙烯通过提高内源乙烯含量及其合成而提高了PLBs液氮冻存后的存活率。2.在预培养和Loading环节外源分别添加乙烯利后,Caspse-3-like活性较对照组分别降低了44.17%和26.80%,同时PCD的防御基因上调,促发基因下调。表明乙烯通过调控基因和蛋白酶抑制PCD的发生。乙烯利和硝酸钴均上调了MAPK、MAPK1、MAPK3、MAPK4四个在PCD中具有信号传递作用的基因表达量。表明乙烯参与了PCD的信号传递。3.在预培养或Loading环节添加外源乙烯显著降低了内源H2O2含量,相较对照组降低了12.91%-42.90%,显著提高了PLBs内SOD、CAT、APX、GR等酶活性及As A和GSH两个非酶类物质的含量,同时降低了NADPH酶活性。表明乙烯通过调控过氧化氢酶类和非酶类,降低内源H2O2的含量及其介导的氧化应激,参与PLBs对玻璃化超低温保存逆境的响应。4.外源H2O2明显减少PLBs内源乙烯的生成。预培养环节添加H2O2,ACC含量、ACO、ACS酶活性出现极大幅度的降低,均较对照组减少超过90%。表明预培养环节是乙烯发挥作用的主要时期。本研究表明了乙烯影响了PLBs超低温保存后的存活率;明确了乙烯参与了PLBs超低温保存中PCD的发生,且对PCD存在负调控;乙烯与H2O2在超低温保存中存在互相作用关系。H2O2和As A-GSH循环在乙烯调控超低温保存PCD发生中有重要作用。
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