【摘 要】
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低温胁迫作为植物栽培引种过程中一种常见的自然灾害,常对植物成活、地方生产造成巨大的损失。文冠果是我国特有的优良木本油料树种,具有较强的抗低温特性。因此,对文冠果响应低温胁迫调节机制的研究,不仅有利于逐步完善植物耐寒的理论体系,也可为文冠果的抗寒改良育种奠定基础。本研究以30d文冠果幼苗为实验材料,采用恒温培养箱人工控温试验的方法测定4℃低温胁迫下15个生理指标在胁迫持续时间为4h、12h、24h和
【基金项目】
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山西省林业科技创新项目(2018LYCX32); 北方功能油料树种培育与研发山西省重点实验室(201805D111010); 山西省林业科技创新资助项目(2018LYCX32);
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低温胁迫作为植物栽培引种过程中一种常见的自然灾害,常对植物成活、地方生产造成巨大的损失。文冠果是我国特有的优良木本油料树种,具有较强的抗低温特性。因此,对文冠果响应低温胁迫调节机制的研究,不仅有利于逐步完善植物耐寒的理论体系,也可为文冠果的抗寒改良育种奠定基础。本研究以30d文冠果幼苗为实验材料,采用恒温培养箱人工控温试验的方法测定4℃低温胁迫下15个生理指标在胁迫持续时间为4h、12h、24h和48h的动态变化,并采用GC-TOF-MS和RNA-seq技术对胁迫持续期12h及对照(25℃)文冠果幼苗材料进行代谢组、转录组分析初步展现文冠果幼苗在过程中的物质变化网络,揭示基因表达与文冠果低温胁迫之间的内在联系。旨在从生理水平、代谢组学和转录组学多角度来探讨文冠果的低温胁迫响应和抗寒机制。主要研究结果如下:1.随胁迫时间延长,丙二醛持续积累、渗透调节物质含量、胞间CO2浓度持续升高,而相对含水量、光合速率及其他光合特性指标下降;2个独立综合指标对15个生理指标的累计贡献率达85.649%,隶属函数计算综合得分为0h>12h>24h>4h>48h,说明文冠果幼苗的抗低温胁迫能力随着低温持续时间的延长呈“降低-增强-降低”。2.通过对代谢物进行差异筛选和定性,共筛选出117种差异代谢物,包括68种上调代谢物及39种下调代谢物,其中有38种物质得到了定性;主要上调物质有黄嘌呤、乳果糖、β-甘油脂、山梨醇、亚油酸甲酯等24种,主要下调物质有4-羟基苯乙醇、乳酸、儿茶素、α-酮异己酸、柠檬酸等14种。这些代谢物质主要富集到34条代谢通路上。其中,氨基酸和糖类代谢物质含量的明显增加可提高幼苗的渗透调节能力,而蔗糖的富集、柠檬酸含量的显著降低可导致幼苗光合作用下降。3.转录组测序共得到49.25Gb Clean Data,各样品Q30碱基百分比均不小于93.82%。测序所得的Clean reads经组装和注释后,共获得63,197条Unigene,其中27,219条序列得到注释。文冠果幼苗在低温胁迫后筛选出1,154个差异表达基因,包括723个上调表达基因和431个下调表达基因。差异基因的GO和KEGG富集分析结果表明,文冠果存在多种低温响应途径。经转录因子的预测发现,在57个上调表达中,ERF、WRKY具有更多的基因表达变化,表明这些转录因子在参与调控冷应答基因的表达中起重要作用。这些研究为阐明文冠果的抗寒分子机制提供了理论基础。
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