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苋菜(Amaranthus tricolor L.)是石竹目苋科苋属一年生草本植物,抗逆性强,具有重要的营养价值和保健功能,其茎叶中富含甜菜色素,也是提取和研究甜菜红素的重要资源。甜菜色素主要分布在部分石竹目(Caryophyllales)植物中,分为甜菜红色素和甜菜黄色素两大类。光照是影响甜菜色素积累最大的环境因子之一,尤其是蓝光。隐花色素(Cryptochrome)作为蓝光受体,包括CRY1(Cryptochrome 1)、CRY2(Cryptochrome 2)和CRY-Dash(Cryptochrome DASH)3种类型,参与植物种子萌发中去黄化、光周期诱导开花、次生代谢产物合成和调节昼夜节律。因此,本研究以苋菜为材料,研究不同蓝光强度和红蓝配比复合光对幼苗中甜菜色素含量、酶活性的影响,根据苋菜转录组数据库筛选并克隆了苋菜Am CRY1和Am CRY2基因2个成员c DNA全长序列,利用q PCR分析Am CRY1和Am CRY2基因及甜菜色素合成关键基因相对表达水平,为进一步研究苋菜Am CRY1和Am CRY2基因功能及蓝光与红蓝复合光调控甜菜色素代谢机制提供参考,也为将来利用光质调控植物生长提供理论依据。主要研究结果如下:1.不同蓝光强度对苋菜幼苗生长及甜菜色素含量的影响观察不同蓝光强度处理7天的苋菜幼苗形态发现,黑暗处理的幼苗胚轴明显伸长,颜色为白色;子叶没有展平,而且颜色呈黄绿色。随着蓝光强度增强,苋菜幼苗的子叶和和胚轴颜色逐渐变红,并且长出了真叶。以黑暗处理作对照,随着蓝光光强的增加,苋菜幼苗中的甜菜红素和甜菜黄素都有所增加。苋菜幼苗叶片在60%光强时甜菜红素含量最高,40%光强时甜菜黄素含量最高;苋菜幼苗茎在80%光强时甜菜红素含量最高,100%光强时甜菜黄素含量最高。总体来说,强光有利于苋菜幼苗中甜菜色素的累积。2.不同红蓝配比复合光对苋菜幼苗生长及生理指标的影响将在黑暗条件下培养5天的苋菜幼苗,放置于不同红蓝配比复合光下,在处理0.5 h、1 h和2 h时,苋菜苗的株高、茎叶颜色无明显差异,在48 h时茎呈现桃红色。同一时间点,当复合光中蓝光占比大时,幼苗的茎叶颜色明显偏红,48 h组红色随蓝光比例下降而减弱。48 h处理分析发现,随复合光中红光比例增加,蓝光比例减小,甜菜红素含量呈先上升后下降的趋势。在R/B=2/8光照处理下48 h时甜菜红素含量最高,为0.058 mg/g,是黑暗处理的5.5倍。研究还发现随着红光比例的增加,POD、SOD活性呈先升高后降低的趋势,红蓝复合光光照处理的样品POD活性和SOD活性均高于黑暗处理的样品。R/B=4/6光照处理下POD活性最高,为6420U/g,约是黑暗处理下的5.8倍。R/B=6/4光照处理下SOD活性最高,为241.75 U/g,约是黑暗处理下的4.6倍。3.苋菜Am CRY1和Am CRY2基因克隆及生物信息学分析应用RT-PCR结合RACE技术,从‘全红’苋菜中克隆到2条CRY基因c DNA全长序列,命名为Am CRY1(登录号为MK838767)和Am CRY2(登录号为MK838768)。Am CRY1基因开放阅读框为1734bp,可编码577个氨基酸。Am CRY2基因开放阅读框为1935 bp,可编码644个氨基酸。生物信息学分析表明,Am CRY1和Am CRY2的N端均具有一个PHR结构域,包含一个FAD binding 7结构域;Am CRY1的C端有一个Cryptochrome C结构域,而Am CRY2蛋白几乎没有C端延伸;Am CRY1和Am CRY2亚细胞定位于细胞核。密码子偏好性分析显示,Am CRY1和Am CRY2的ENc值均偏大,密码子偏性不强,这表明在编码氨基酸时苋菜Am CRY1和Am CRY2基因中的密码子出现的频率比较一致,偏好使用以A/T结尾的密码子。UGC是编码苋菜Am CRY1蛋白质中半胱氨酸的偏好密码子。UCA和UCU是编码苋菜Am CRY2蛋白质中丝氨酸的偏好密码子。通过邻接法对47个CRY相关基因构建系统进化树发现,Am CRY1和Am CRY2基因聚为一支;使用SPSS 24软件对47个CRY相关基因的RSCU值进行聚类分析发现,不同物种的CRY1基因和CRY2基因各聚为一支。CRY1基因与CRY2基因中性图和ENc-plot分布图分析发现,不同物种中CRY相关基因所表现的密码子差异可能更多的受突变的影响。酵母菌、拟南芥、苋菜、甜菜更适合作为苋菜Am CRY1基因的瞬时表达受体;酵母菌、番茄、甜菜更适合作为苋菜Am CRY2基因的瞬时表达受体。4.不同蓝光强度对苋菜Am CRY1、Am CRY2、Am CYP76AD1和Am DODA相对基因表达影响实时荧光定量PCR分析表明,蓝光光照强度60%时,Am CRY1基因在苋菜幼苗的叶中相对表达量最高;蓝光光照强度100%时,Am CRY1基因在苋菜幼苗的叶中表达量最高。与黑暗处理相比,苋菜Am CRY2基因在苋菜幼苗的叶中表达量降低。Am CYP76AD1基因在苋菜幼苗的茎和叶中均上调表达,与蓝光光强呈正相关,与甜菜色素的含量变化趋势一致。Am DODA基因在苋菜幼苗的叶中也上调表达,在茎中下调表达。苋菜叶中基因相对表达量相关性分析发现Am CRY1基因表达与Am CRY2显著正相关,Am CYP76AD1基因的表达与Am DODA显著正相关,Am CRY1基因的表达与Am CYP76AD1、Am DODA都正相关,Am CRY2基因的表达与Am CYP76AD1、Am DODA都负相关。苋菜茎中基因表达量相关性分析发现Am CRY1基因的表达与Am CRY2负相关,与Am CYP76AD1、Am DODA正相关性。Am CRY2基因的表达与Am CYP76AD1显著负相关,与Am DODA显著正相关。Am CYP76AD1基因表达与Am DODA负相关。5.不同红蓝配比对苋菜Am CRY1、Am CRY2、Am CYP76AD1和Am DODA相对基因表达影响对Am CRY1基因相对表达分析发现,与黑暗处理相比,该基因在各配比复合光和不同处理时间下均呈上调趋势,表明红蓝复合光能够促进Am CRY1基因的表达。Am CRY2基因的表达分析发现,与黑暗处理相比,在R/B=0/10、R/B=2/8、R/B=6/4(除0.5 h)表达均上调,这3种复合光能够促进Am CRY2基因的表达,且随着处理延长均呈先上升后下降趋势。Am CYP76AD1基因的表达分析发现,与黑暗处理相比,Am CYP76AD1基因在R/B=0/10、R/B=2/8、R/B=4/6、R/B=6/4复合光的处理开始均下调表达,随后上调。Am DODA基因的表达分析发现,与黑暗处理相比,Am DODA基因在R/B=0/10、R/B=4/6、R/B=6/4、R/B=10/0复合光的各时间点的表达均下调,Am DODA基因的相对表达量较低,复合光抑制其表达。综上,相较于黑暗处理,不同红蓝配比复合光处理的苋菜中Am CRY1均上调表达、Am CRY2和Am DODA均下调表达。在复合光处理4 h后Am CYP76AD1普遍上调表达。苋菜基因相对表达量相关性分析发现,Am CRY1相对表达量与Am CRY2、Am CYP76AD1、Am DODA均显著正相关。Am CRY2与Am CYP76AD1、Am DODA均显著正相关。Am CYP76AD1与Am DODA显著正相关。