月季耐热性评价及不同耐热性月季转录组研究

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月季(Rosa hybrida)是一种应用广泛的常绿灌木,被誉为“花中皇后”,是中国十大名花之一。月季在世界范围内广泛栽植,深受大众喜爱,具有极高的观赏价值和商业价值。然而月季性喜温暖湿润、光照充足的环境,高温会使月季进入半休眠状态。我国南方地区夏季气候高温高湿,导致很多月季品种的正常生长发育受阻,观赏效果严重降低。因此,选育耐热月季品种、通过科学手段提高月季耐热性是目前月季育种过程中亟待解决的问题。目前关于耐热品种的筛选主要通过田间观察,耗费时间周期较长,因此有必要建立一个耐热性评价体系,帮助我们快速筛选耐热性强的月季品种。同时,通过了解月季响应高温胁迫的分子机制,筛选抗性候选基因,对通过生物技术手段改善月季的目的性状,选育月季高温抗性品种具有重要意义。针对此问题,本研究通过测定和比较高温胁迫下月季叶片的叶绿素荧光参数、相对电导率及净光合速率,以期获得能高效评价月季耐热性的具体指标。对不同耐热性月季进行高温胁迫后的转录组分析,通过生物信息学手段深入探究高温下月季在分子层面的响应机制。主要结果如下:1.利用叶绿素荧光参数确定月季离体叶片高温胁迫下的临界温度为46℃-47℃,临界温度下水浴处理50 min时可通过Fv/Fm值有效评价各类月季的耐热性。利用相对电导率(50℃处理2.5h)同样可以鉴定月季的耐热性。两者结果一致但前者更为高效。进行评价的最适叶龄是成熟叶。2.月季田间表现耐热性与Fv/Fm值呈正相关,但环境温度影响Fv/Fm值大小。利用‘月月红’和‘月月粉’作为“标尺”,可以在不同环境温度下判断出月季品种的耐热性。3.利用RNA-Seq技术分析比较了古老月季‘月月红’和‘月月粉’在高温胁迫下分子层面的响应情况。通过GO、KEGG、COG等数据库的比对和注释发现,高温胁迫下月季叶片在刺激响应、信号转导、转录翻译、相关蛋白合成、糖脂及次生物质代谢等生命过程中表现活跃。4.对高温胁迫下的差异表达基因(DEGs)进行分析,发现很多热响应基因,其中有大量信号转导、转录因子和热激蛋白编码基因。包括Ca2+信号和ROS信号编码基因,WRKY、HSF、NAC、AP2、b HLH、b ZIP等转录因子编码基因和热激蛋白HSP90、HSP70和s HSP基因等。这些基因的差异表达可能与月季的耐热性密切相关。5.对‘月月红’和‘月月粉’的差异表达基因(DEGs)进行对比分析发现,‘月月红’响应高温胁迫的相关基因数量和表达强度高于‘月月粉’。‘月月红’在高温胁迫下有一些独特的unigenes发生差异表达,且信号转导基因的上调表达要早于‘月月粉’。‘月月红’的热响应基因在数量、类型、响应速度和表达强度上的优势,使其对热胁迫有更迅速和更强有力的反应,可能是其耐热性优于‘月月粉’的关键原因。
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