
Effects of Drought-rehydration on Physiological Indexes and Drought-related Gene Expression of ‘YY021’ Seedlings
LILihua, XUEBingjie, WANGYale, LIXuejun, SUNHuan, SUNJiping
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (8) : 57-62.
Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
Effects of Drought-rehydration on Physiological Indexes and Drought-related Gene Expression of ‘YY021’ Seedlings
‘YY021’ is a hybrid tobacco variety selected for dryland tobacco growing areas. In order to identify the drought tolerance of ‘YY021’, ‘Zhongyan 100’ was used as the control variety, and the drought-rehydration experiment of floating seedling was arranged to investigate wilting index and water content, observe the changes of active oxygen, and measure the content of malonaldehyde, proline and the expression of drought-related gene by qRT-PCR. The results showed that with the prolongation of drought time, the leaf water content of ‘Zhongyan 100’ and ‘YY021’ decreased and the wilting index increased. The content of malonaldehyde increased with the extension of drought time. The expression of osmotin gene decreased first and then increased from 0-7 d of drought. After 7 days of drought, compared with ‘Zhongyan 100’, the leaf moisture content of‘YY021’ increased by 4.31%, the wilting index of ‘YY021’ decreased by 3.97%, and the contents of malondialdehyde decreased by 9.21%, and the contents of proline increased by 84.71%. Compared with ‘Zhongyan 100’, ‘YY021’ had lower levels of reactive oxygen species and malondialdehyde, and the higher osmotin gene expression. The ERD gene responded more rapidly. The drought tolerance of ‘YY021’ was better than that of ‘Zhongyan 100’. Under drought stress, the damage of reactive oxygen species to membrane of ‘YY021’ was reduced by accumulating osmotic adjustment substance proline. ERD and osmotin genes may be candidate genes for drought tolerance of ‘YY021’.
flue-cured tobacco / ‘YY021’ / drought tolerance / drought-rehydration / water content / MDA / proline / gene expression
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为探讨白刺花幼苗抗旱与耐寒协同响应的生理生化适应机制,以白刺花实生苗为材料,采用盆栽自然干旱及人工控温方法,分析幼苗抗旱生理,再以人工低温处理对白刺花抗氧化酶系、细胞膜损伤以及渗透调节的影响。结果表明:自然干旱胁迫下,白刺花叶片相对含水量随着干旱时间的增长显著减小,复水后2 d又能恢复生长;适度的干旱有利于光合色素的积累,严重时光合色素含量反而降低;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)3种保护酶随着干旱时间的延长呈先升后降变化,SOD和POD活性8 d时达到峰值,分别为458.85、5.30 U/g,比对照增加142.53%、68.25%。丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量随干旱增强呈缓慢上升的趋势,15 d达到高峰,峰值为6.20 mmol/g,比对照增加108.75%;渗透调节物质脯氨酸(proline,Pro)含量呈先增后降趋势,10 d高达459.67 mg/g,比对照增加226.45%;干旱胁迫与低温交叉处理,白刺花叶片光合色素含量明显减小,3种保护酶变化与干旱胁迫相似,呈先升后降变化;MDA含量随低温胁迫延长呈缓慢上升的趋势,Pro含量的变化呈上升趋势。不同胁迫时期3种保护酶对白刺花抗旱性与耐寒性主导作用不同,表现为相互协调的作用方式。逆境胁迫下白刺花通过提高抗氧化酶并积累渗透调节物质Pro以减轻活性氧对膜伤害;干旱胁迫可提高白刺花对低温的适应能力,这种交叉适应性可能与保护酶系和渗透调节能力的增强有关。
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苜蓿是最重要的豆科牧草, 常被种植在干旱/半干旱地区。为研究不同耐旱性紫花苜蓿应对干旱胁迫的调控机制, 本研究以中科1号紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Zhongke 1’)为试验材料, 以三得利紫花苜蓿(M. sativa ‘Sanditi’)为对照, 采用自然干旱法进行处理, 比较干旱胁迫对其生长性状、光合作用、叶绿素含量、叶片相对含水量、渗透调节物质和抗氧化酶活性等指标的影响, 并使用转录组测序分析2个品种响应干旱基因的差异。结果表明, 干旱胁迫显著降低了2个紫花苜蓿品种的株高、地上地下生物量、叶片相对含水量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量; 与三得利相比, 干旱胁迫下中科1号紫花苜蓿丙二醛含量和电导率更低, 渗透调节物质积累和活性氧清除能力更强。中科1号和三得利分别有5308个和8053个响应干旱的基因; GO功能注释分析发现, 中科1号的346个干旱响应基因被显著富集在6个GO类别, 而三得利的1683个干旱响应基因被显著富集在29个GO类别; 此外, 我们还筛选到19个在中科1号中表达量显著高于三得利的抗旱关键基因。本研究发现紫花苜蓿可能通过上调抗旱基因SUS、P5CS、LEA、SOD、POD、PEPC、NCED等的表达, 提高渗透调节能力和抗氧化酶活性来维持相对较高的光合速率, 从而增强抗旱能力。研究结果为进一步挖掘紫花苜蓿响应干旱胁迫的候选基因和抗旱育种提供了理论依据。
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