Plant Science | 高温和土壤涝渍胁迫通过改变发育中的棉花纤维的渗透压组成来抑制细胞伸长

论文内容

研究背景：

中国长江中下游地区5 - 10月的强降雨事件发生频率更高，并伴随着高温;此外，预计未来几十年全球气温将上升2-4摄氏度。因此，预计同时发生的涝渍和高温胁迫将对该地区的作物生产产生明显的负面影响。许多研究者已经报道了高温或涝渍胁迫对棉花产量和纤维品质的负面影响，然而，这两种应力的组合效应没有得到很好的研究。例如，据报道，温度对纤维质量的影响大于其他气象因素。Liakatas表明，纤维长度、强度、均匀度和马克隆值受高温，特别是白天高温的影响。Gipson发现纤维伸长的初始阶段对夜间高温更敏感，纤维伸长的最佳夜间温度范围为15至21摄氏度。淹水还通过改变蔗糖代谢酶活性及其相关基因表达对纤维长度和强度产生负面影响。高温和涝渍的共同作用降低了纤维长度并增加了纤维马克隆值，并且发现高温暴露即使在去除涝渍胁迫后也会降低纤维长度。

以往的研究主要针对高温或涝渍单独的影响，或集中在纤维伸长没有考虑如何在纤维发育过程中的三个主要的植物活性溶质响应这些非生物胁迫。据我们所知，没有研究提供了一个全面的评估水浸和高温应力对纤维发育的影响，与源强度和渗透剂对发育中的纤维的影响有关。在本研究中，我们假设：（1）高温（ET）和土壤渍水（SW）对纤维伸长和最终纤维长度的负面影响比单独的任何一种胁迫都要明显;（2）纤维对这些组合应力的伸长响应将与源限制有关，植物活性溶质含量和参与纤维伸长的相关酶和基因的改变。因此，本研究的目的是：（1）量化高温和土壤淹水对纤维伸长和最终纤维长度的共同影响，（2）表征高温、土壤淹水以及高温和土壤淹水共同作用对对叶片光合速率和纤维光合活性物质的影响;（3）鉴定ET和SW复合条件下参与纤维伸长的关键酶和基因异构体。

研究内容：

长江流域土壤涝渍和高温条件频繁发生，但这些共同发生的应力对纤维伸长的影响很少受到关注。在目前的研究中，高温（ET）和土壤渍水（SW）的综合效应更负面影响最终纤维长度（减少5.4%-11.3%）比单独的应力通过改变组成的植物活性溶质（蔗糖，苹果酸，和K+），其中SW有最显着的效果。高温加速了早期纤维的发育，但限制了伸长的持续时间，从而限制了最终的纤维长度。ET单独处理改变纤维蔗糖含量主要是通过降低源强度和蔗糖转运蛋白基因GhSUT-1的表达，使蔗糖利用率成为ET下最终纤维长度的主要决定因素。单独的淹水胁迫降低了源强度，下调GhSUT-1的表达，增强了SuSy催化蔗糖还原的活性。单独的涝渍处理也通过下调GhPEPC-1和−2限制了纤维苹果酸的产生。然而，高温和淹水的结合通过影响GhCESAs基因限制了初生细胞壁的合成，并通过调节GhSUT-1、GhPEPC-1和GhKT-1的表达和改变SuSy的活性对所有三种主要的渗透溶质产生负面影响，这三种溶质共同作用产生较短的纤维长度。

研究结论：

结果表明，高温和淹水处理均能降低棉花纤维终长，但二者对纤维细胞伸长过程的影响机制不同。高温（34.1/29.0 ℃）处理加快了纤维的伸长速率，但缩短了纤维快速伸长的持续时间，而淹水处理则相反，尤其是两种胁迫联合处理。高温处理使纤维长度先增加后降低，主要是通过调控GhSUT-1的表达来改变纤维中蔗糖含量。淹水处理不仅通过下调GhSUT-1的表达来限制蔗糖进入纤维细胞，而且还增强了SuSy对蔗糖还原的逆催化活性。此外，高温和淹水的结合对叶片光合作用和三种主要的植物活性溶质产生负面影响，通过调节GhSUT-1，GhPEPC-1和GhKT-1的表达和SuSy活性，共同产生较短的纤维长度。

期刊信息

期刊：PLANT SCIENCE

影响因子（2022）：5.2

中科院分区：生物学2区

转自：“农科学术圈”微信公众号

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