辣椒对热胁迫的生理响应及耐热相关基因功能验证
作者单位：河南农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：马长生;刘珂珂
授予年度：2024年
学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090202[农学-蔬菜学]
摘 要：辣椒(Capsicum annuum L.)属于茄科辣椒属植物,其产业大、效益好、发展广,现今在世界各个地区均有种植。辣椒属于喜温不耐热蔬菜,在栽培过程中高温胁迫会抑制生长,引起落花落果,造成植株萎蔫甚至死亡,严重降低产品品质和产量,影响到辣椒产业的发展。因此筛选优良的辣椒种质资源,探索辣椒对高温胁迫的响应机制,对辣椒产业的发展具有重要意义。本文以收集到的辣椒为材料,对其农艺性状进行调查,利用获得不同耐热性品系对其生理生化特性进行分析,以耐热品系‘SC’和热敏品系‘GLH’为材料对高温胁迫2 h转录组进行分析,对筛选到的部分耐热相关基因进行了初步鉴定。主要的研究结果如下: 1.不同辣椒种质资源的收集与鉴定。从不同地区收集辣椒种质资源49份,进行田间农艺性状的调查,结果表明:各辣椒品系间生育期差异较大,短的149天,最长193天。不同辣椒品系结果性不同,大部分品系结果并不集中,部分簇生椒可以在15天内全部采收。各品系间株高、茎粗、开展度差异较大。大部分辣椒品系为绿色叶片,本试验中,仅有3份品系为深绿色叶片。辣椒成熟果实以暗红色为主,占到供试材料的61.2%。本研究筛选到耐热品系9份,热敏品系3份。 2.辣椒苗期耐热性鉴定其生理生化特性研究。以田间调查存在耐热性差异的6份辣椒种质资源为试材,采用苗期人工模拟直接鉴定法对调查6个辣椒品系的热害指数,测定在幼苗期高温胁迫和恢复期辣椒品系幼苗的生理生化指标。苗期鉴定结果表明:‘SC’和‘金富’为耐热品系,‘美辣’和‘格拉夫特’为中等耐热品系,‘GLH’和‘小麻花’为热敏品系。SOD、POD、CAT在6个品系中大部分表现为先升高后降低,且耐热品系对热激处理的反应比热敏品系快,保护酶活性峰值远高于热敏品系。解除热胁迫后,3个保护酶变化不同。6个辣椒品系的MDA含量随着热胁迫时间的延长均表现为上升趋势,但耐热品系上升缓慢。热胁迫24 h和48 h时,热敏品系、中等耐热品系和耐热品系之间MDA含量差异显著。 3.高温胁迫期和恢复期不同辣椒品系光合参数的变化。随着高温处理时间的延长,耐热性不同的辣椒品系Pn和Gs呈现不同程度的下降,Ci升高。解除高温后,Gs明显上升,Tr随之增强,Ci开始下降,Pn逐渐开始上升。耐热品系本身净光合速率较高,在长期高温胁迫下仍可以维持较高净合速率,高温胁迫解除后,可以根据外界环境,迅速调整自身气孔导度,恢复光合。 4.高温胁迫下辣椒的转录组学分析。对耐热品系‘SC’和热敏品系‘GLH’热胁迫0 h和2 h转录组进行分析,经GO富集分析和Pathway富集分析,结果表明:差异基因主要是DNA复制、脂质代谢过程等生物学过程,MCM复合体、膜固有成分等细胞组分,DNA解旋酶活性、催化活性等分子功能。进一步对KEGG代谢通路富集,这些基因主要参与内质网中的蛋白质加工、植物激素信号传导途径上。依据转录组测序结果,q RT-PCR初步筛选辣椒响应热胁迫并且显著上调表达的12个差异表达基因。 5.生物信息学分析。对相关基因的序列、保守结构域、蛋白二级结构、蛋白三级结构、信号肽、跨膜结构以及同源氨基酸序列比对等,结果表明:CaMYB306属于MYB家族,与番茄的进化关系最近;CaERF113包含一个AP2结构域,属于AP2/ERF家族,与黑果枸杞的进化关系最近;CaTOE3包含一个HSF结构域,属于AP2家族,单独聚为一类;CaMYBS3包含一个Myb-SHAQKYF结构域,属于SANT超家族,与黑果枸杞、烟草的进化关系较近。四个蛋白均没有跨膜结构,不具有信号肽。 6.耐热相关基因表达模式分析。以‘SC’为材料,分析了高温胁迫下相关基因在不同组织中的表达,结果表明:高温2 h时,CaERF113在叶中的表达量最高;CaTOE3在高温12 h时花中的表达量最高;CaMYBS3和CaMYB306基因在高温12 h和24 h中茎的表达量最高。 7.耐热相关基因功能初步鉴定。以耐热品系‘SC’为材料,利用VIGS技术,获得TRV2:CaMYB306、TRV2:CaERF113、TRV2:CaTOE3和TRV2:CaMYBS3基因沉默植株,采用叶圆片法高温处理后,基因沉默植株叶圆片均表现不同程度的损伤。对基因沉默植株热处理后的MDA和保护酶进行测定,发现基因沉默植株MDA含量显著高于对照,保护酶均显著低于对照,初步判断这四个基因沉默后减弱了辣椒品系‘SC’对热的抗性,与耐热性相关。
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