植物的生長發(fā)育過程受到環(huán)境脅迫或自然災(zāi)害的影響。小麥是重要的糧食作物之一，但是其在生長過程中常受到干旱、高鹽和洪澇等逆境的影響；其中，小麥種子的萌發(fā)易被各種脅迫延緩乃至打斷，進(jìn)而影響幼苗生長和最終的產(chǎn)量及品質(zhì)。對于小麥響應(yīng)逆境脅迫的相關(guān)研究大多集中在幼苗和后期生長階段，對于小麥種子在萌發(fā)期應(yīng)對逆境脅迫的響應(yīng)機(jī)制卻鮮有報(bào)道。

 

　　中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員蘭平課題組對萌發(fā)期的小麥種子采用PEG、NaCl和淹水處理，分別模擬干旱、鹽脅迫和洪澇災(zāi)害。研究發(fā)現(xiàn)，這些逆境均會對種子萌發(fā)造成負(fù)面影響，其中，淹水損害嚴(yán)重，會導(dǎo)致種子不能正常萌發(fā)。進(jìn)一步對這些脅迫下小麥種子胚和胚乳分別進(jìn)行蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，種子的不同部位均能通過多種方式響應(yīng)干旱、鹽和淹水脅迫。小麥種子胚中主要通過小分子物質(zhì)代謝、苯丙烷類物質(zhì)生物合成和脂肪酸降解等途徑以應(yīng)對不同脅迫。此外，小麥種子胚還分別通過半胱氨酸、甲硫氨酸代謝及淀粉和蔗糖代謝以適應(yīng)PEG、NaCl脅迫和淹水脅迫。

 

　　胚乳通常被認(rèn)為主要為種子的萌發(fā)提供營養(yǎng)。該研究通過比較蛋白組學(xué)發(fā)現(xiàn)，小麥種子胚乳中在干旱、鹽和淹水脅迫下氧化磷酸化和泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解過程等發(fā)生變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)能量和蛋白質(zhì)代謝，這表明胚乳在應(yīng)對不同的非生物逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮特定功能。結(jié)合生理生化分析發(fā)現(xiàn)，與胚乳相比，胚對脅迫的響應(yīng)更劇烈、速度快；淹水對種子萌發(fā)的影響嚴(yán)重，干旱和鹽較溫和。該研究發(fā)現(xiàn)，小麥種子在萌發(fā)期應(yīng)對不同脅迫下具有普適性的代謝通路，如苯丙烷類物質(zhì)、脂肪酸合成和代謝過程等，這可為后續(xù)抗逆作物的選育提供指導(dǎo)。

 

　　近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在Plant Molecular Biology和Journal of Proteomics上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題的支持。

 

　　論文鏈接：1、2

　　小麥種子胚乳在萌發(fā)期響應(yīng)干旱、鹽和淹水脅迫的差異表達(dá)蛋白的KEGG途徑富集分析