青檀扦插苗对不同氮素水平的形态、光合生理响应和转录组分析

作     者：郭伟 韩秀 张利 王迎 杜辉 燕语 孙忠奎 张林 李国华 罗磊 GUO Wei;HAN Xiu;ZHANG Li;WANG Ying;DU Hui;YAN Yu;SUN Zhongkui;ZHANG Lin;LI Guohua;LUO Lei

作者机构：泰安市泰山林业科学研究院山东泰安271000 菏泽学院农业与生物工程学院山东菏泽274015 泰安时代园林科技开发有限公司山东泰安271000 

出 版 物：《南京林业大学学报（自然科学版）》 (Journal of Nanjing Forestry University：Natural Sciences Edition)

年 卷 期：2023年第47卷第5期

页      面：87-96页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 090701[农学-林木遗传育种] 0907[农学-林学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 

基　　金：泰安市乡土观赏树种国家林木种质资源库项目(林场发153号) 泰安市科技发展计划(引导计划)(2018NS0090) 

主　　题：青檀 氮素 形态和光合生理响应 全长转录组 差异表达基因 

摘      要：【目的】研究不同氮素水平下青檀(Pteroceltis tatarinowii)形态和光合生理变化,筛选氮素响应基因,为后期深入开展氮素响应分子机理研究提供参考。【方法】选取0、2、50 mmol/L NH_(4)NO_(3)的Hocking’s营养液分别作为缺氮(N_(0))、中氮(N_(2))、高氮(N_(50))处理条件对青檀扦插苗进行盆栽控制试验,28 d时进行形态和光合生理指标测定。对不同氮素水平处理后的青檀混合样本进行3代全长转录组测序,测序结果为2代转录组测序提供参考,通过生物信息学分析筛选不同氮素水平响应的差异表达基因并进行KEGG通路富集分析,利用荧光定量PCR技术对富集基因进行根和叶片中的表达分析。【结果】氮素处理第28天时青檀的株高、地径、叶片数量、叶面积、比叶面积、叶片生物量、茎生物量,以及根系、叶片与茎氮含量随着氮素处理浓度提高而提高,总根长、总根表面积、总根体积、比根长、根冠比、根系生物量随着氮素浓度提高而降低。高氮素处理明显提高了叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量,增强了净光合速率和气孔导度。不同氮素水平的转录组测序的差异表达基因中76个基因随着氮素水平提高稳定上调表达,32个基因随着氮素水平提高稳定下调表达。对这108个基因进行KEGG通路富集分析发现排在前两位的分别是光合作用和氮代谢通路,光合作用通路富集的基因是OEE2、OEE3、PSBR、PSB27、PSAF和PSAK,氮代谢通路富集的基因是2个NR和1个NiR基因。表达分析结果显示这9个基因在根和叶片中具有相似的表达模式,缺氮处理中表达量最低,高氮处理中表达量最高;光合作用通路的6个基因在每一种氮素浓度处理时在叶中的表达量均高于在根中的。【结论】随着氮素浓度的提高,光合作用通路基因表达上调,促进了光合作用,硝酸还原酶基因和亚硝酸还原酶基因表达上调,提高了硝酸根的同化效率,最终造成青檀地上部生长得到加强,根系生长受到抑制。在没有参考基因组的情况下,为探讨青檀氮素响应分子机理、发掘关键候选基因提供了有力依据。