不同耐寒性小麦品种对低温的适应机制：叶绿体的超微结构及与光合作用相关基因的表达

《Cereal Research Communications》：Adaptation to low temperatures of wheat varieties with contrasting cold tolerance: chloroplast ultrastructure and expression of photosynthesis-associated genes

低温胁迫下耐寒与感寒小麦品种光合系统适应性研究，发现耐寒品种（Moskovskaya 39）叶绿体增大、小 grana 占比增加及类囊体堆叠指数降低，光合色素及可溶性糖含量上升，同时wcor15基因表达显著高于感寒品种（Zlata）。感寒品种叶绿体尺寸及膜系统长度缩减，光合色素含量下降。基因表达分析显示rbcL、rbcS、Lhcb1在低温后表达均下调，Lhcb2在初期上调后回落，psbD基因在耐寒品种中表达更高。直接冷冻实验证实耐寒品种低温存活率显著提升。

　　

摘要

随着气候变化的持续，全球低温事件的规模和频率正在增加。本研究探讨了两种具有不同耐寒性的小麦（Triticum aestivum L.）品种在低温（4°C，7天）条件下的光合器官（PSA）适应性变化。结果表明，在耐寒品种Moskovskaya 39（冬小麦）中，低温会导致叶绿体超微结构的适应性重组，表现为叶绿体体积增大、小颗粒比例增加以及堆叠指数下降。耐寒品种在低温下的生长得以继续，叶片中的光合色素和可溶性碳水化合物含量也有所增加。而在敏感品种Zlata（春小麦）中，叶绿体的超微结构发生重组，表现为叶绿体体积和光合膜长度减小，叶片生长停止，光合色素含量降低。两种品种在低温处理后，与PSA相关的基因（如rbсL、rbcS、Lhcb1）的相对表达水平均下降。Lhcb2基因的转录本在低温处理初期表达增加，随后下降。psbD基因的相对表达水平基本保持不变，但在耐寒品种中的表达水平较高。wcor15基因的相对表达在耐寒品种中也显著高于敏感品种。通过将小麦幼苗直接置于-3至-9°C的低温环境中24小时，然后恢复到4°C培养24小时、22°C培养72小时来评估其耐寒性。本研究有助于更好地理解小麦光合器官的低温适应机制，并强调了叶绿体结构重组在低温适应中的重要性。