‘繁景’杜鹃对低温胁迫的响应及转录组学分析

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xindongmei
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本试验以一年生杂交后代优良株系‘繁景’杜鹃为材料,研究了杜鹃对不同低温胁迫(0℃,-3℃,-6℃和-9℃)和对照(25℃)的生理响应以及转录组学分析,从而为杜鹃耐低温生理响应机制和设施栽培提供理论与技术支持。研究结果如下:  (1)通过‘繁景’杜鹃对低温胁迫的响应研究发现:0℃和-3℃低温胁迫下,‘繁景’杜鹃生长正常,其生长状态、叶绿素含量、光合速率、氧化还原酶、渗透调节物质及叶绿体超微结构等与对照差异不显著;-6℃和-9℃低温胁迫下,生长开始出现了不同程度的抑制现象,其生长状态、叶绿素含量、光合速率、氧化还原酶、渗透调节物质及叶绿体超微结构等都发生了相对显著或非常显著的变化。主要表现为:在-6℃和-9℃低温胁迫下,叶片的生长状况一般,叶片出现少量黄斑和部分褶皱萎蔫,但在-6℃时仍能继续正常生长,尤其在-9℃下,杜鹃叶片的叶绿素含量有较为明显的降低,光合的速率降低,光合作用随着低温处理时间的增加,逐渐减弱。在-9℃,随着低温处理时间的增加,相对电导率值和MDA的含量增加,低温下可溶性糖和可溶性蛋白含量下降,游离脯氨酸的含量则是一直上升的状态,CAT、SOD和POD等抗氧化酶都是先上升后下降,栅栏组织内的细胞出现大量沉积物的积累,表型变得异样化,细胞的空隙变大,表皮层、栅栏组织厚度显著降低,叶绿体在细胞内不规则分布且变少,叶绿体较为显著的变大,片层之间逐渐散开,基质变薄,出现淀粉粒和嗜锇颗粒,并开始变多和变大。综合以上结果表明‘繁景’杜鹃对低温胁迫具有较强的抗性。  (2)利用高通量测序技术对‘繁景’杜鹃叶片进行低温处理的转录组分析,将转录组结果比对于各个数据库,并通过基因功能注释后,分析了低温胁迫后基因的差异表达情况,对差异基因进行 GO和 Pathway富集分析。  结果表明:  a.‘繁景’杜鹃-6℃低温处理下(T)与正常条件下‘繁景’杜鹃(CK)之间的差异表达基因有10829个(CK-VS-T),其中上调表达基因6347个,下调表达基因4482个。  b.CK-VS-T显著性富集的Pathway主要有5条,在这之中大部分Pathway与植物的抗逆响应密切相关,如:次生代谢产物合成途径,氧化磷酸化途径,核糖体代谢途径等。  c.在T和CK对比中,共有10829个差异基因,这些基因中绝大多数高表达基因均为未知基因,这表明‘繁景’这一品种中可能存在着很多与低温胁迫响应或者其他非生物抗性相关的未知特定基因,需要我们进一步探究和验证。  d.参与抗逆途径的多个转录因子家族,在低温胁迫下表达发生变化,如ALDH、ERF、MYB和bHLH家族等。这表明‘繁景’这一品种中可能存在着很多与低温胁迫相关的通路,需要我们进一步的去研究和发掘。  (3)在转录组学研究的基础上,采用实时定量PCR,检测了低温胁迫后,上调和下调表达显著的ALDH、ERF、MYB和bHLH家族中的24个基因(其中ALDH家族全部为上调表达的基因,ERF、MYB和bHLH家族中既有上调表达的又有下调表达的基因),在‘繁景’杜鹃叶片中的差异表达情况,并对转录组结果作出验证,最后初步找出与杜鹃抗寒相关的基因。  结果表明:除其中一个基因外,荧光定量结果不同,但24个基因的表达均较高。实时荧光定量分析结果与测序结果大体上相同,说明本次高通量测序所获得的转录组结果比较可信,且31795,10108,937三个基因的相对表达量较高,推测这3个基因可能在杜鹃低温胁迫的过程中,行使着促进耐寒相关的功能。其中相对表达量最高的31795为醛脱氢酶(ALDH)转录家族中的基因,通过前人对该相关基因的研究,我们发现,其表达受多种胁迫的诱导,对于其生物学功能也只是参考拟南芥等其他植物的该基因进行推测,究竟它的功能是否如此,以及是否还参与其他生命和代谢活动,还需进一步研究。
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