锰矿区构树果实多酚差异表达基因与含量变化特征研究

作     者：汤依旺 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵运林

授予年度：2021年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 

主      题：锰矿区 构树 多酚 转录组分析 

摘      要：构树(Broussonetia papyifera)是具有良好经济价值和环境价值的资源植物,构树中的多酚类物质是其药用价值和环境价值重要的贡献成分,目前有关构树多酚类物质的合成特征及分子机制的研究较少。先前研究表明,多酚是植物重要抗逆物质,重金属污染会增强多酚等次级代谢产物的合成。本研究对锰矿区和对照区构树果实进行多酚等代谢产物含量、矿物质含量、抗氧化能力测定和转录组测序,开展构树果实多酚含量变化特征及多酚合成机制相关研究,主要研究结果如下:1.采用福林酚法、铝离子络合法、相对含量法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝法分别检测锰矿区与对照区构树青果、微红果及红果中多酚、黄酮、花青素、总糖、总蛋白等代谢物的含量,结果表明多酚含量呈现微红果红果青果的特征,对照区黄酮含量随着果实成熟度的增加而减少,锰矿区微红果黄酮含量最高,红果最低,花青素含量随着果实成熟度的增加而增加,总糖含量随着果实成熟度的增加而增加,不同发育阶段的构树果实总蛋白含量无明显差异;与对照区相比,锰矿区构树果实中多酚含量(除微红果外)、花青素含量显著高于对照区,黄酮含量低于对照区,总糖含量、总蛋白含量无显著差异。采用原子吸收光谱法测定锰矿区与对照区构树青果、微红果及红果中钾、钙、镁、锰的含量,结果表明钾含量呈现微红果青果红果的特征,钙、锰含量呈现青果红果微红果的特征,锰矿区镁含量呈现青果微红果红果的特征,对照区青果镁含量最高,微红果最低;与对照区相比,锰矿区构树果实中钾含量显著低于对照区,钙、镁、锰含量均显著高于对照区。采用ABTS、FRAP、DPPH三种方法对锰矿区与对照区构树青果、微红果及红果的抗氧化能力进行评价,结果表明,不同发育阶段构树果实抗氧化能力差别不大,锰矿区构树果实抗氧化能力普遍强于对照区。2.采用高通量测序技术对锰矿区和对照区构树青果、红果进行转录组测序,共获得27.04 Gb Clean Data,其中锰矿区青果(XT-0)、对照区青果(CK-0)、锰矿区红果(XT-100)、对照区红果(CK-100)中分别得到21,185,851、22,811,605、24,414,219、22,202,511 条 Clean reads,Q30 碱基百分比在 92.45%及以上,GC含量在47.02%以上。四组样品测序后经组装共获得46,072条Unigenes,总长度57,512,343 bp。在 XT-0 vs CK-0、XT-100 vs CK-100、XT-0 vs XT-100、CK-0 vs CK-100中分别鉴定出3422、2247、2055、3370个差异表达基因,其中,分别有2989、2053、2451、3016个差异表达基因分别被注释到8个数据库中(NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、egg-NOG、GO 和 Pfam)。进一步对各样品差异表达基因进行GO注释分析,发现不同锰环境下构树果实差异表达基因在逆境响应(Response to stimulus)、解毒作用(Detoxification)、生长(Growth)、信号转导(Signaling)等生物学进程以及抗氧化活性(Antioxidant activity)、转录因子活性(Transcription fator activity)、电子载体活性上(Electron carrier activity)等分子功能上显著富集。进一步对多酚类物质合成通路进行分析,筛选出14个构树果实多酚合成候选基因(CAD、CCR、COMT、CSE、FAOMT、GEDH、MTD、4CL、BGLU、BXYL、CYP、ALDH、CCoAOMT、PAL),8 个构树果实黄酮合成候选基因(ANR、BAHD、CCoAOMT、CHI、CYP、F3H、FLS、CHS)。本研究联合分析锰矿区与对照区构树果实多酚等功能成分含量变化特征,为后续构树资源开发利用提供新思路。利用转录组测序技术,分析锰矿区与对照区的差异表达基因,筛选出几个与构树果实多酚类物质合成相关的候选基因,为后续构树功能基因的发掘利用及构树抗逆调控机制提供参考。