茉莉酸甲酯对橡胶树花药愈伤乳管细胞分化的影响_郭子晗.pdf

热带作物学报 2023,44(2):310-316 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-03-01；修回日期 2022-05-08 基金项目 国家重点研发计划项目（No.2019YFD1001102）；海南省自然科学基金项目（No.2019RC296，No.322RC761）。作者简介 郭子晗（1996），女，硕士研究生，研究方向：橡胶树生物技术。*通信作者（Corresponding author）：谭德冠（TAN Deguan），E-mail：；张家明（ZHANG Jiaming），E-mail：。茉莉酸甲酯对橡胶树花药愈伤乳管细胞分化的影响 郭子晗1,2，谭德冠2*，黄东益1，付莉莉2，孙雪飘2，张家明2*1.海南大学热带作物学院，海南海口 570228；2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院海南热带农业资源研究院/农业农村部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室，海南海口 571101 摘 要：橡胶树老化的愈伤组织存在乳管细胞。茉莉酸甲酯（MeJA）与茉莉酸（JA）同属茉莉酸类物质（JAs），但MeJA 对橡胶树愈伤乳管细胞分化的效果尚不清楚。系统研究 MeJA 对橡胶树愈伤乳管细胞分化的效果，结果发现，低浓度的 MeJA（01 mg/L）对花药愈伤组织的生长影响不明显，而高浓度的 MeJA（23 mg/L）会抑制愈伤组织生长，且 MeJA 浓度与愈伤组织生长呈负相关关系。组织化学制片结果显示，低浓度的 MeJA 能显著提高愈伤乳管细胞发生频率，其中浓度为 1 mg/L 效果最佳；而高浓度的 MeJA 则会降低其发生频率。荧光定量 PCR 结果显示，培养基中添加MeJA 后 SRPP、REF、CPT 等与橡胶生物合成相关的重要基因的表达量在愈伤组织中变化趋势与愈伤乳管细胞发生频率的变化趋势基本一致，进一步证实 MeJA 能促进愈伤乳管细胞分化。透射电镜观察发现愈伤乳管细胞内含有橡胶粒子、黄色体等细胞器。研究结果对促进橡胶树愈伤组织在乳管分化研究中的应用，以及开发新型橡胶树增产刺激剂，促进橡胶树天然橡胶的生产具有一定意义。关键词：橡胶树；愈伤组织；乳管细胞分化；茉莉酸甲酯；基因表达 中图分类号：S794.1 文献标识码：A Effect of Methyl Jasmonate on Laticifer Cell Differentiation of Hevea brasiliensis Anther Calli GUO Zihan1,2,TAN Deguan2*,HUANG Dongyi1,FU Lili2,SUN Xuepiao2,ZHANG Jiaming2*1.College of Tropical Crops,Hainan University,Haikou,Hannan 570228,China;2.Institute of Tropical Bioscience and Biotech-nology,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Hainan Academy of Tropical Agricultural Resources,Chinese Acad-emy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Tropical Crop Biology and Genetic Resources,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Haikou,Hainan 571101,China Abstract:Laticifer cells present in aging calli of Hevea brasiliensis.Methyl jasmonate(MeJA)and jasmonic acid(JA)belong to jasmonates(JAs).However,the effect of MeJA on laticifer cell differentiation of the rubber tree anther calli is unclear.In the present paper,the effect of MeJA on laticifer cell differentiation of anther calli was systematically studied.MeJA added to media in the range of 01 mg/L did not influence the growth of anther calli,while higher concentration of MeJA in media in the range of 23 mg/L severely inhibited callus growth.MeJA concentration in media was nega-tively correlated with callus growth.Histochemical sections showed that low concentration of MeJA in media greatly promoted the differentiation of callus laticifer cells and remarkably increased the occurring frequency,while high con-centration of MeJA in media gravely impeded callus laticifer cell differentiation and strikingly decreased the occurring frequency.Among them,1 mg/L MeJA in media was the optimal concentration to improve the differentiation of laticifer cells in calli.qPCR results showed that when the media were supplemented with MeJA,the change trend of the expres-sion level of genes that was essential in latex biosynthesis,such as small rubber particle protein(SRPP),rubber elonga-tion factor(REF),and cis-prenyl transferase(CPT),was basically consistent with that of the occurring frequency of callus laticifer cells,which further confirmed that MeJA promoted the differentiation of callus laticifer cells.Transmis-第 2 期 郭子晗等：茉莉酸甲酯对橡胶树花药愈伤乳管细胞分化的影响 311 sion electron microscopy observation showed that callus laticifer cells contained some specific organelles,such as rub-ber particles and lutoids.The results of this paper are of great significance for promoting the application of rubber tree callus in the study of laticifer differentiation,and for developing rubber tree novel yield-increasing reagents.Keywords:Hevea brasiliensis Muell.Arg.;callus;laticifer cell differentiation;methyl jasmonate;gene expression DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.010 橡胶树（Hevea brasiliensis Muell.Arg.）属于大戟科橡胶属，是重要的热带经济作物，在我国主要分布于海南、云南、广东等热带北缘地区1。乳管是橡胶树胶乳生物合成和贮存的唯一场所，是由无数个乳管细胞所组成的网状结构器官2-3。橡胶树树皮被定期开割，树皮中被割开的乳管中会排出奶汁状的胶乳（细胞质），胶乳经收集和加工后，成为重要的工业原料天然橡胶（顺-1,4-聚异戊二烯）。世界上 99%的商品天然橡胶来源于橡胶树4。由于树皮中乳管的数量是决定天然橡胶产量的最重要因素5-6，为此许多学者聚焦于橡胶树乳管分化研究。大部分学者用大田植株枝条或树干的树皮作为研究对象，通过外界物理或化学刺激来研究树皮乳管分化情况7-9。近期有学者以橡胶树愈伤组织为研究对象，通过在培养基中添加化学物质来研究愈伤乳管分化情况10。茉莉酸（JA）具有促进橡胶树乳管分化功能的这一发现是橡胶树乳管分化研究中取得的突破性进展。最初 HAO 等7发现外源 JA 能促进橡胶树枝条树皮乳管分化；TAN 等10也发现培养基中添加一定浓度的外源 JA 能促进橡胶树愈伤组织中乳管细胞分化。当前，科研人员围绕 JA 调控橡胶树乳管分化的信号分子开展一系列研究并取得一定进展。HbSKP1、HbCOI1、HbJA1、HbLAP1、HblMYC1、HblMYC2、HbEREBP1 等与茉莉酸信号途径相关的基因被克隆出来11-14；发现橡胶树乳 管 细 胞 存 在 特 定 的 茉 莉 酸 信 号 转 导 模 块COI1-JAZ3-MYC2，其通过上调法尼基焦磷酸合酶（FPS）基因和小橡胶粒子蛋白（SRPP）基因的表达来增强橡胶生物合成15。茉莉酸甲酯（MeJA）与 JA 同属茉莉酸类物质（JAs），但 MeJA 对橡胶树愈伤乳管细胞分化的效果尚不清楚。本研究将应用橡胶树愈伤组织来系统研究 MeJA 对乳管细胞分化的效果，并研究其所调控橡胶合成相关基因表达情况，对促进橡胶树愈伤组织在乳管分化研究中的应用，以及开发新型橡胶树增产刺激剂从而促进橡胶树天然橡胶的生产具有一定意义。1 材料与方法 1.1 材料 于 2021 年 3 月在中国热带农业科学院试验农场三队采集橡胶树品种热研 7-33-97的春花，将采集好的花枝立刻置于 4冰箱中保存 24 48 h，备用。1.2 方法 1.2.1 橡胶树花药愈伤组织的诱导 选取已低温处理过的处于单核期的橡胶树雄花，包裹于纱布中，于 75%（V/V）酒精中浸泡 30 s，然后置于0.15%（W/V）升汞中浸泡 8 min，无菌水清洗 5遍。于无菌条件下从雄花中剥离出雄蕊，接种于相应的培养基中。诱导花药愈伤组织培养基配方参考文献16，具体为改良 MS+2,4-D 1 mg/L+KT 1 mg/L+NAA 1 mg/L+8%（W/V）蔗糖+2.5 g/L Phytagel。为了研究 MeJA 对花药愈伤组织乳管细胞分化的效果，在诱导花药愈伤组织培养基中分别添加 0、1、2、3 mg/L 的 MeJA。上述的植物激素和 Phytagel均购自 Sigma 公司。培养基 pH 为 6.2，培养条件为 25黑暗条件。1.2.2 橡胶树花药愈伤组织鲜重测量 取培养至第 65 天的不同 MeJA浓度处理的愈伤组织块于电子天平中称重，每个处