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葫芦砧木苗期耐低温弱光机理研究

葫芦砧木苗期耐低温弱光机理研究

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作者：戚晗扬州大学

学位级别：硕士

低温弱光胁迫严重影响瓜类作物生长发育、产量品质以及品种地理分布。葫芦(Lagenariasiceraria Standl.)属葫芦科(Cu-curbitaceae)葫芦属,因其具有良好的低温耐性,且嫁接亲和性高,对瓜类品质影响小等优势,常被用作瓜类作物的嫁接砧木。... 详细信息

低温弱光胁迫严重影响瓜类作物生长发育、产量品质以及品种地理分布。葫芦(Lagenariasiceraria Standl.)属葫芦科(Cu-curbitaceae)葫芦属,因其具有良好的低温耐性,且嫁接亲和性高,对瓜类品质影响小等优势,常被用作瓜类作物的嫁接砧木。本文对30份葫芦砧木资源进行低温弱光胁迫处理,筛选极端耐性品种:探究其分别在低温、弱光以及低温弱光双重胁迫处理6h后的生理生化变化和基因表达差异。主要结果如下:1.30份材料的冷害指数在0.13-0.95之间,平均0.40,其中‘P13’为0.16,‘P17’为0.7±0.07,结合生产应用,选取‘P13’作为耐低温弱光型强的材料,‘P17’作为低温弱光敏感型材料。2.低温处理后,两个葫芦砧木品种叶片均呈萎蔫状,Pn、Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP均显著下降,可溶性蛋白含量和SOD、POD酶活性均显著升高。其中P17中MDA含量显著增加,CAT酶活性显著降低,而P13中的CAT酶活性显著升高。P13的各项生理指标变化幅度均小于低温弱光敏感材料P17。转录组测序并经GO分析发现两个品种DEGs主要富集在代谢过程、细胞和催化活性等途径中。KEGG分析表明DEGs主要参与植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、苯丙素生物合成等代谢途径。两个品种的转录因子最丰富的是AP2/ERF转录因子家族,P13和P17中分别鉴定到64个(52个上调和12个下调)和78个(58个上调和20个下调)差异表达的AP2/ERF转录因子。推测在两个品种中共同表达的AP2/ERF基因(Lsi09G005960、Lsi05G012660、Lsi08G008230、Lsi02G007760、Lsi04G023820、Lsi07G012820、Lsi11G002400、Lsi10G005230、Lsi06G004690、Lsi08G005640)对葫芦砧木对冷应激中起关键调控作用。3.弱光处理后,两个葫芦品种Pn显著降低,胞间CO浓度显著升高,叶绿素荧光参数显著下降。P13的SOD、CAT酶活性均显著增强,POD活性显著下降,但P17的SOD和CAT活性显著降低。两个品种富集通路主要集中在光合作用、植物激素信号和苯丙素生物合成。两个品种光合作用通路的相关基因上调表达,主要包括Psb P、Psb Q、PsbY、PsbW、psaA、psbB等蛋白。P13上调基因数目以及上调基因程度显著高于P17。葫芦砧木两个品种中乙烯转录因子最为丰富。在弱光胁迫下,有16个共同响应弱光的乙烯转录因子基因起关键调控作用。4.在低温弱光双重胁迫处理后,两个葫芦品种幼苗叶片萎蔫,光合活性受到抑制,叶绿素荧光参数指标均显著下降。P13和P17的MDA含量、SOD、POD、CAT酶活性和可溶性蛋白含量均显著升高。耐低温弱光P13的各项生理指标变化幅度均小于低温弱光敏感材料P17。两个品种代表途径是植物激素信号传导,DEGs编码的生长素响应或诱导蛋白在低温弱光处理后均上调。鉴定到激素信号核心基因Lsi07G004940和Lsi01G006130。6 个上调 AP2/ERF 转录因子基因(Lsi09G003100、Lsi09G005960、Lsi05G012660、Lsi08G008230、Lsi02G007760、Lsi04G023820)和 6 个下调基因(Lsi10G005230、Lsi08G005640、Lsi05G000690、Lsi08G012340、Lsi07G012820、Lsi05G018170)是低温弱光胁迫下共同响应的关键基因。5.低温处理下两个葫芦品种叶片边缘出现卷曲失水萎蔫的冷应激症状和叶片光系统损伤要比低温弱光胁迫下更严重。低温处理下P13和P7品种间共同的DEGs4384个,弱光处理下两个品种间共同的DEGs786个,低温弱光下两个品种间共同的DEGs4384个。低温处理下葫芦品种间的差异表达基因总数要高于低温弱光处理。同时响应低温、弱光和低温弱光的关键基因有四个即Lsi05G012660,Lsi04G023820,Lsi02G007760和Lsi08G005640,这四个AP2/ERF转录因子基因在低温下的表达量要高于低温弱光和弱光处理。

关键词：葫芦砧木低温弱光低温弱光双重响应基因

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