ABA参与钙信号系统调控核桃抗寒的细胞学机制

Walnut (Juglans regia L) is a kind of thermophilic fruit tree. The issue that walnuts perceive cold and occur related physiological and biochemical changes is the primary question involved in cold acclimation. Cold stress active the calcium channel and increase cytosolic calcium level, which plays an important role in improving plant tolerance to cold. Absciscic acid (ABA) has been proven to act a critical function in cold acclimation. The application of exogenous ABA can also increase plant resistance to cold stress. However, the mutual regulation mechanism between ABA and calcium signal system is not clear during low temperature stress. In this project, the cold resistance of leafing date leaves of walnut was appraised. And three cultivars with significant difference in cold resistance were selected as experiment materials to undergo low temperature stress with or without external ABA. Then the accumulation of endogenous ABA, histological localization of endogenous ABA, subcellular localization of endougenous ABA and calcium signal system components by immunocytochemical approach and high performance liquid chromatography –mass spectrometry (HPLC-MS) were investigated. Thus the cytological mechanism of ABA-regulated walnut tolerance to low temperature via calcium signal system was disclosed, which will provide theoretical basis and technical support for walnut cold-resistance breeding, chill-proof growing and screening cold-proof substance.

核桃是喜温树种，冻害时有发生。核桃如何感知外界低温变化，并产生相应的生理生化反应，这个问题是研究核桃抗寒的一个基本的、首要的问题。低温激活植物钙离子通道，引起胞质内钙离子水平升高，在抗寒锻炼中起着十分重要的作用。脱落酸(ABA)被证明在植物低温适应过程中发挥重要作用，施加外源ABA也能增加植物对低温的抗性。但是，低温胁迫下，ABA与钙信号系统之间相互调控的细胞化机制尚不清楚。本研究通过对核桃种质展叶期叶片抗寒性评价，选取三个抗寒性差异显著的核桃品种为试材，结合外源ABA处理，进行低温胁迫，利用免疫细胞化学技术和HPLC-MS技术，对其低温胁迫过程中內源ABA的积累规律、內源ABA的组织学定位以及內源ABA和钙信号系统组分的亚细胞定位进行了分析，以期揭示ABA参与钙信号系统调控核桃抗寒的细胞学机制，为核桃抗寒育种、防寒物质的筛选以及防寒栽培提供理论依据和技术支持。

核桃(Juglans regia)是世界著名四大干果之一，也是我国重要的坚果和木本油料树种。核桃幼树枝条含水量高、髓心大、抗寒性差，在北方核桃产区极易遭受冻害，给生产带来很大损失。因此，揭示核桃的抗寒机理对核桃抗寒育种和防寒栽培具有十分重要的意义。核桃如何感知外界低温变化，从而产生相应的生理生化反应，这个问题是研究核桃低温抗性的一个基本的、首要的问题。低温激活植物钙离子通道，引起胞质内钙离子水平升高，在抗寒锻炼中起着十分重要的作用。脱落酸（ABA）被证明在植物低温适应过程中发挥重要作用。但是，低温胁迫下，ABA与钙离子相互调控的生理及细胞学机制尚不清楚。本研究通过对不同核桃品种耐寒性评价，选取抗寒性差异显著的核桃品种为试材，结合外源ABA处理，进行低温胁迫，利用免疫细胞化学技术和HPLC-MS技术，对其低温胁迫过程中ABA的积累规律、ABA的组织学定位以及内源ABA和钙离子的亚细胞定位进行了分析。结果发现，低温胁迫下，叶肉细胞有明显的ABA积累。抗寒性强的核桃品种的 ABA 含量随低温处理时间的延长增幅大，对低温处理响应迅速，抗寒性弱的核桃品种对低温处理反应迟缓。低温胁迫下，叶肉细胞质和细胞核中的钙离子水平明显升高。低温处理36 h，抗寒性较强的核桃品种的叶肉细胞中钙离子水平开始下降，处理96 h时基本恢复到静息态水平，叶片无明显冷害症状，而抗寒性较差的核桃品种的叶片的细胞质和细胞核中钙离子水平仍然维持在较高水平，叶片有明显的冷害症状。因此，低温下抗寒性较强的品种叶肉细胞质中出现的钙离子高峰能恢复到静息态水平；而抗寒性差的品种难以恢复，不能完成钙离子的信号传导，最终导致叶片冻害发生。因此，低温胁迫下能否恢复第二信使钙离子的稳定平衡与核桃的抗寒性密切相关。施加外源ABA可以促进胞质内的钙离子水平恢复到静息态。该研究揭示了ABA参与钙信号系统调控核桃抗寒的细胞学机制，为核桃抗寒育种、防寒物质的筛选以及防寒栽培提供了重要的理论依据和技术支持。

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