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不同干旱水平下蚯蚓对番茄抗旱能力的影响
生物多样性
2022, 30 (7):
21488-.
DOI: 10.17520/biods.2021488
土壤无脊椎动物可能会通过促进土壤持水能力和增加土壤肥力而缓解植物的干旱胁迫。本研究采用蚯蚓和干旱水平的双因子完全交互设计, 模拟了干旱胁迫条件下蚯蚓对土壤性质及番茄抗旱性的影响。结果表明, 在高干旱胁迫时, 蚯蚓通过增加番茄茎叶抗氧化能力提高了植物抗旱性, 上调番茄茎叶脱落酸和茉莉酸生物合成过程的基因表达(NCED、NSY、OPR、AOS和LOX), 促进脱落酸和茉莉酸含量分别增加43.2%和33.6%, 过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶含量分别增加12.9%、8.4%和47.3%。在低干旱胁迫时, 蚯蚓上调茉莉酸合成通路基因表达, 但降低了脱落酸含量, 对转录因子ABF4、MYC2基因表达和植物抗氧化能力无明显影响。干旱导致的土壤水分和养分条件变化影响着蚯蚓介导的植物抗旱性响应。本研究证明了土壤动物对植物抗旱的重要作用, 如蚯蚓对植物激素合成、信号传导和抗氧化能力的影响。了解土壤动物影响植物抗旱的内在机制, 有助于深挖和利用土壤动物的多样化生态功能。  View image in article
图3
蚯蚓对番茄抗旱激素信号通路的影响。(A)不同干旱胁迫条件下蚯蚓上调的番茄茎叶ABA和JA信号通路(M00372, M00113)差异基因数量(n = 5); (B)蚯蚓对相关基因表达量的影响, 数据为log2转换的表达式平均值, 符合校正P值 < 0.05; (C)蚯蚓对番茄茎叶ABA和JA含量的影响(* P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001)。
正文中引用本图/表的段落
蚯蚓在低干旱条件下对番茄抗氧化酶活性和丙二醛含量无显著影响。在高干旱胁迫时蚯蚓显著提高过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶含量, 增长率分别为12.9%、8.4%和47.3%, 降低丙二醛含量达19.3% (图2)。在高干旱条件下, 蚯蚓的存在显著提高了番茄茎叶内源激素脱落酸和茉莉酸的含量, 分别达43.2%和33.6% (图3)。番茄抗旱化合物含量与土壤养分变化关系密切, 矿质态氮含量与过氧化氢酶、脱落酸和茉莉酸含量呈显著正相关, 速效磷含量与过氧化物酶和茉莉酸含量呈显著正相关(图4)。
蚯蚓对高干旱程度下番茄脱落酸和茉莉酸生物合成通路转录水平的影响大于对低干旱条件下的影响, 在高干旱程度下差异基因(DEGs)数量47个, 低干旱程度下差异基因29个(图3A), 包括脱落酸生物合成通路的NCED1、NCED2和NSY基因, 茉莉酸生物合成通路的OPR2、OPR3、LOX1和AOS1基因以及转录因子MYC2、ABF4和JAZ2 (图3B)。添加蚯蚓的处理中, 3个脱落酸通路基因均表现出对高干旱胁迫的响应增加。蚯蚓在低胁迫时显著上调茉莉酸生物合成通路的OPR2、OPR3基因表达; 在高胁迫时显著上调LOX1和AOS1的基因表达。蚯蚓在低胁迫和高胁迫条件下分别下调和上调转录因子MYC2的基因表达量(图5)。
本文的其它图/表
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