柑橘砧木枳和枳雀根系中FRO2基因的表达差异研究

作     者：赵柳莹 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭抒昂

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：枳 枳雀 耐缺铁 FRO2 MITE 铁还原 

摘      要：在我国重庆、四川、陕南、丹江水库等主要柑橘产区,是以石灰岩为母质的碱性土壤,柑橘果园缺铁黄化现象十分普遍,严重影响了柑橘的产量和品质。目前生产上常用的缺铁矫正措施不仅作用微小,而且容易对环境造成污染。众所周知,柑橘是以嫁接苗的形式进行繁育,通过选用不同的砧木和接穗进行组合扩繁,不同的砧木对养分的吸收和利用均有较大差异,因此通过筛选或培育耐缺铁的砧木是解决柑橘缺铁黄化问题公认的最经济的策略之一。本课题组前期在陕西城固的果园中发现了以枳雀为砧木的温州蜜柑具有良好的耐缺铁特性,并通过前期温室中的生理实验证实了枳雀的这一优良特性,但是其在分子水平的机制还不清楚。柑橘是双子叶植物,在铁吸收机制上属于机理I植物。机理I植物的根系主要通过铁的酸化、还原和转运三个过程共同完成铁的吸收。本研究以耐缺铁的柑橘砧木枳雀和对缺铁敏感的枳为材料,探究柑橘高铁还原酶FRO2基因的功能,比较两种砧木在缺铁下FRO2基因的表达以及FRO2启动子活性差异。通过对FRO2的研究,了解柑橘根系铁吸收过程的还原机制,为铁高效砧木资源的筛选和培育提供理论依据。本课题主要研究结果如下:1.枳和枳雀FRO2基因的开放阅读框均为2157 bp,编码718个氨基酸,但有19个氨基酸序列的差异。2.拟南芥突变体互补实验证明,柑橘的FRO2基因在缺铁条件下使拟南芥突变体fro2-1的表型部分恢复至野生型水平,维持拟南芥的铁稳态。3.枳和枳雀的实生苗在水培缺铁处理的条件下,FRO2基因的表达趋势都是先升高后降低,均在处理的第10 d达到峰值,但枳和枳雀FRO2基因表达量有所差异,在缺铁第10 d时,枳FRO2基因的表达量显著高于枳雀,是枳雀的1.86倍,缺铁第15 d时,枳雀FRO2基因的表达量显著高于枳,是枳的1.63倍。4.在缺铁处理第7 d时,Promoter::GUS实验结果显示枳的FRO2启动子的活性比枳雀强,但高铁还原酶显色实验结果为枳雀根系的高铁还原酶分泌比枳强。有可能存在基因转录后水平的调控导致枳雀和枳的高铁还原酶活性的差异。5.枳和枳雀FRO2启动子共预测到25个相同类型的功能元件,主要涉及光反应、非生物胁迫、植物激素应答和分生组织特异表达等,每个元件的数量存在部分差异。此外枳有2个特有的功能元件,分别为抗氧化反应相关元件ARE和光响应元件TCT-motif。枳雀有8个特有的功能元件,其中涉及乙烯反应的元件ERE和光响应相关的元件chs-CMA1a位于枳雀启动子MITE中。启动子顺式作用元件的差异可能与枳和枳雀在转录水平上的差异有关。