柱花草苯丙氨酸解氨酶(SgPALs)对生物胁迫与非生物胁迫的响应

柱花草苯丙氨酸解氨酶（SgPALs）对生物胁迫与非生物胁迫的响应

作者：郭鹏飞雷健罗佳佳刘攀道虞道耿罗丽娟

来源：《热带作物学报》2019年第09期

摘 ;要;;本研究以熱研2号柱花草为材料，分析其苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性、总酚含量、类黄酮含量、总抗氧化能力和SgPALs基因表达模式对生物胁迫（炭疽菌侵染）与非生物胁迫（干旱和盐胁迫）的响应。结果表明，在3种胁迫处理下，柱花草不同组织部位的PAL 活性增加18.58%～123.56%，且叶片的总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力分别增加

65.11%～68.00%、51.00%～76.87%和83.00%～262.08%，差异显著。在干旱和盐胁迫处理下，根系的总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力也显著提高43.77%～51.12%、45.46%～45.98%和60.45%～97.89%。随后对SgPALs的表达模式分析表明，除SgPAL4外，其他3个SgPALs受炭疽菌侵染诱导上调表达;在干旱胁迫下，根系中4个SgPALs均增强表达，但叶片中仅SgPAL1和SgPAL4上调表达;在盐胁迫下，根系中4个SgPALs也都上调表达，叶片中除SgPAL3下调表达外，其他3个SgPALs增强表达。综上所述，在遭受生物胁迫和非生物胁迫时，柱花草中的SgPALs基因表达及PAL酶活性升高，伴随着总酚与类黄酮含量的同步升高，表明其对环境胁迫的抗性升高。

关键词 ;柱花草;苯丙氨酸解氨酶;类黄酮;生物胁迫;非生物胁迫中图分类号;;S59;;;;;;文献标识码;;A

Response of Phenylpropane Ammonia-lyase on Biotic and Abiotic Stress in Stylosanthes

GUO Pengfei1， LEI Jian1， LUO Jiajia1，;2， LIU Pandao2， YU Daogeng2， LUO Lijuan1*

1. Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou，

Hainan;570228， China; 2. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract ;Changes in;PAL activity， total phenol;and;flavonoid;content， total antioxidant capacity and SgPALs;expression pattern were analyzed;to study the responses

of;Stylosanthes;guianensis;cv. Reyan2;to;biotic （infectied;by Colletotrichum gloeosporioides） and abiotic （drought and salt） stresses.;PAL activity increased by 18.58%-123.56% in different tissues under treatments of the three different stresses. The total phenol and total flavonoid;content，;and the total antioxidant capacity significantly increased by;65.11%-68.00%，;51.00%-76.87% and 83.00%-262.08%， respectively， in the leaf by pathogen infection， drought and salt stress， and similarly increased by 43.77%-51.12%，;45.46%-45.98% and 60.45%-97.89%， respectively， in the root by pathogen infection， drought and salt stress.;PAL gene;expression patterns;showed that the cloned SgPALs;genes，except;SgPAL4，were up-regulated by anthrax infection;in the leaf. The SgPALs;genes were up-regulated;by drought stress in;the root while only SgPAL1;and SgPAL4;were up-regulated in;the;leaf.;Under salt stress， the SgPALs;genes were up-regulated in;the;root， while the SgPALs;genes，except;SgPAL3，were down-regulated in the leaf.

Keywords ;Stylosanthes guianensis; phenylalanine ammonia-lyase; flavonoids; biotic stress; abiotic stress

DOI;;10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.011

全世界范围内，由于病原菌侵染、动物取食、干旱、盐害、低温等各种生物和非生物胁迫导致作物产量严重下降[1]。其中，病原菌侵染是较典型的生物胁迫之一，包括大豆疫霉病[2]、小麦纹枯病[3]、水稻稻瘟病[4]等，而盐害和干旱是限制农作物生产的典型非生物胁迫[5-6]。逆境环境下，植物物质代谢和能量代谢平衡遭受破坏，电子传递链缺少下游电子受体而被阻断，导致大量活性氧累积（reactive oxygen species， ROS），例如H2O2、O2−和OH−等，氧化损伤脂质、细胞膜、蛋白质、DNA等[7]。Mittler[8]报道，植物产生了10种抵抗ROS的策略，主要包括阻止ROS的再产生和清除已有的ROS，其中阻止ROS产生的机制有叶片卷曲、C4或景天酸代谢途径和抑制光合作用等，而清除机制包括酶系统的抗氧化酶（如CAT、POD、SOD 等）和非酶系统的抗氧化次级代谢物（如多酚、类黄酮、类胡萝卜素等）。

苯丙烷代谢途径是植物重要的三大次生途径之一，其上游起始是以L-苯丙氨酸或酪氨酸为底物，在苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase， PAL， EC 4.3.1.5）的催化下非氧化性脱氨，产生反式肉桂酸，最终生成香豆酰辅酶A，并以此为底物进入下游的类黄酮代谢、木质素代谢、香豆素代谢等分支[9]。近年来，基于基因组学技术的快速发展，大量研究从转录、蛋白以及代谢水平均阐明植物苯丙烷代谢及下游代谢物广泛参与各种逆境胁迫[10]。PAL 是苯丙烷代谢的关键限速酶，其编码基因属于多基因家族成员，不同物种其拷贝数各异，从几个成员（拟南芥含4个）至几十个（西红柿含有26个）[11]。研究发现PAL转录水平受环境刺激的调控，且各同源基因具有不同分工，例如拟南芥中，缺氮能特异诱导4个同源基因的AtPAL1和AtPAL2表达，而双突变体拟南芥pal1/pal2不能合成类黄酮，证明AtPAL1和AtPAL2主要介导下游类黄酮代谢[12]。Tonnessen等[13]利用数量性状基因座（quantitative trait