尿囊素保护番茄免受UV-C胁迫

编者注：2018年New Phytologist 上发表了一篇文章Kin recognition in rice (Oryza sativa) lines$^{[1]}$，在水稻根系分泌物中有一种关键的化合物：尿囊素（allantoin, AT）——可以作为水稻品种间亲缘识别的关键物质。

这篇文章主要讲的是AT在作物非生物胁迫上的效应。

摘要

AT能不能有效减缓UVC胁迫还没有报道。本研究报道了在番茄上UVC诱导的非生物胁迫的物理化学机制，包括AT导向的减缓策略。

UVC胁迫抑制番茄植株生长和光敏色素的合成；
热图和PCA结果表明UVC胁迫下的毒性影响主要是由氧化损伤和渗透压稳态紊乱引起的；
UVC胁迫前用AT处理能够有效减缓胁迫危害；
AT能够有效减缓氧化损伤；
和胁迫前用AT处理相比，胁迫后用AT处理的情况下，保护作用减弱；
UVC胁迫前用AT处理是一种有效减缓UVC胁迫的有效方法，不止是在番茄上，别的作物上也可能是这样。

实验设计

首先是个预实验，找到最合适的UVC胁迫剂量，然后按照如下实验设计进行实验：

然后测定鲜重、干重、光敏色素含量等。

结果

AT浓度选择与UVC胁迫剂量

上图A表示的是UVC胁迫对番茄植株生长的影响，可以看到UVC胁迫对番茄植株的影响呈现浓度效应。比较有趣的是UVC剂量达到0.6W m$^{-2}$及以上时，番茄植株内的AT及尿囊酸盐的含量会急剧减少，但是在0.3W m$^{-2}$时不会影响番茄植株体内的AT及尿囊酸盐含量。因此，选择0、0.6及1.2W m$^{-2}$作为后续的UVC胁迫剂量。

在选择合适的UVC胁迫剂量后，再对AT最适浓度进行筛选。通过浓度梯度实验后选择10$^{-4}$M作为最适浓度（上图B）。

AT改善植株生长、水分关系和光敏色素含量

上图是9种不同的处理下相对生长速率（RGR）、茎秆鲜重（SFW）、根部鲜重（RFW）、茎秆干重（SDW）、根部干重（RDW）及几种叶绿素的含量情况。从上图可以看出AT处理后，几种指标和对照相比都在一定程度上增加了。因此，AT能够有效改善植株生长及光敏色素含量等。

AT减缓UVC胁迫对含水量等的影响

整体上看，UVC胁迫对相对含水量、外表皮蜡质、蛋白含量、自由氨基酸含量、可溶性蛋白含量及可溶性碳水化合物的影响呈现出浓度效应。不管是UVC胁迫前还是胁迫后用AT进行处理，都能有效减缓UVC胁迫对番茄植株的影响；但是UVC胁迫前用AT处理的效果比胁迫后用AT处理的效果好。

AT减弱UVC胁迫的氧化损伤

上图表示的是9种不同的处理下氧化相关的物质的变化情况。从整体上可以看出，UVC胁迫后番茄植株体内与氧化相关的各类物质的含量都显著升高了，在“NO AT”这类情况下尤其明显。加了AT之后这些氧化相关物质的含量都有一定程度下降，但是挟迫迁加AT比胁迫后加AT效果更明显。这表明AT能够有效减弱UVC胁迫对番茄植株的氧化损伤。