【摘 要】
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在全球气温升高的背景下,各地降水发生变化。宁夏位于西北内陆地区,土壤水分蒸发与降水不平衡,大气温度升高导致土壤干旱趋于严重。为解析气温升高与干旱环境下灵武长枣果皮花青苷合成代谢调控机制。本试验以宁夏地区6年生的白熟期(C)、半红脆熟期(Z)、全红脆熟期(W)灵武长枣果实为试验对象。设置大气温度与干旱交互处理试验,采用自制开顶气室模拟大气升温环境、紫藤精准灌溉控制系统(ZGH-MI-C)控制土壤含水
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“气温升高与干旱胁迫对灵武长枣果实糖分积累和着色的影响机理(31760203)”;
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在全球气温升高的背景下,各地降水发生变化。宁夏位于西北内陆地区,土壤水分蒸发与降水不平衡,大气温度升高导致土壤干旱趋于严重。为解析气温升高与干旱环境下灵武长枣果皮花青苷合成代谢调控机制。本试验以宁夏地区6年生的白熟期(C)、半红脆熟期(Z)、全红脆熟期(W)灵武长枣果实为试验对象。设置大气温度与干旱交互处理试验,采用自制开顶气室模拟大气升温环境、紫藤精准灌溉控制系统(ZGH-MI-C)控制土壤含水量。大气温度设置自然大气温度(T1)和升高大气温度(T2,T2=T1+(2.0℃±0.5℃))两个水平;干旱设置正常土壤水分(D1,土壤含水量为田间最大持水量的70~75%)、中度干旱(D2,土壤含水量为田间最大持水量的50%~55%)和重度干旱(D3,土壤含水量为田间最大持水量的30~35%)三个水平。采用转录组学与代谢组学关联分析,解析灵武长枣果皮在气温升高与干旱互作下色泽差异响应的分子机制,探究其基因代谢调控模式。为揭示灵武长枣果实色泽形成过程对气候变化的响应提供理论参考。主要研究结果如下:1.基于RNA-Seq分析,灵武长枣果皮中共鉴定出15489个差异表达基因。KEGG富集分析表明不同组别具有差异,差异表达基因被显著富集到类黄酮生物合成代谢、蔗糖代谢等通路中。类黄酮合成途径共检测到26个差异表达结构基因ZjUGAT、ZjCYP73A、ZjANS、ZjDFR、ZjCCM、ZjHCT、ZjCY75B1、ZjCHI、ZjCHS、ZjLAR和ZjCYP 75A。W时期升温、干旱使ZjDFR、ZjCHS、ZjANS和ZjCHI表达量升高,协同处理使ZjANS、ZjCYP73A、ZjLAR表达升高。基于结构基因获得参与花青苷合成的3个bHLH、2个MYB转录因子。2.基于LC-MS技术,灵武长枣果皮中共检测到745种差异代谢物。PCA分析和OPLS-DA分析表明不同程度的大气温度与干旱互作下果皮所含有的代谢物有明显差异。KEGG富集结果表明差异代谢物在类黄酮生物合成途径显著富集,共筛选到W时期7个关键差异代谢物。升温、干旱均提升了天竺葵色素和飞燕草素含量;除此之外,干旱增加了槲皮素、山柰酚含量,升温增加了儿茶素、表儿茶素和圣草酚含量;协同处理提升了圣草酚、槲皮素、表儿茶素和山柰酚含量。3.根据代谢组和转录组分析13个花青苷合成核心候选基因与6种花青苷代谢产物高度相关。其中气温升高2℃正常土壤水分(T2D1)处理中ZjCHS、ZjDFR、ZjANS基因高表达,促进7个代谢物在W时期的积累。大气常温环境重度干旱(T1D3)处理中基因ZjCHS、ZjCHI、ZjANS高表达,促进C时期代谢物槲皮素、山柰酚、儿茶素、飞燕草素和Z时期代谢物大量积累。气温升高2℃重度干旱(T2D3)处理中基因ZjCHI、ZjANS高表达促进C时期所有代谢物和W时期飞燕草素、儿茶素、天竺葵素、圣草酚、表儿茶素的积累。综上,不同程度的大气温度与干旱处理下灵武长枣果皮的花青苷合成代谢存在较大差异。气温升高2℃与干旱互作通过控制W时期花青苷合成关键基因ZjCHS、ZjCHI、ZjANS、ZjDFR的表达水平与花青苷相关代谢物的组分和总积累量从而影响果实着色,并在该过程中ZjCHS、ZjDFR、ZjANS基因受调节基因bHLH、MYB调控。
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