非洲菊切花花萼气孔失水的光响应及其单细胞测序与分析

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非洲菊(Gerbera jamesonii Bolus)是全球重要的商品花卉之一,其在国际切花市场的销售额名列第5。该切花不带叶片,但采后仍易于发生失水萎蔫和品质损失。前人观察到非洲菊切花的花瓣、花萼和花茎等非叶部位都有气孔分布,且以花萼的气孔密度最大,但迄今对花萼气孔失水的发生与内在机理尚缺乏研究和认识。为此,本论文首先观测和比较了非洲菊切花‘金太阳’(‘Gold Sun’)品种各部位的水分散失特点和失水量占比,然后着重研究不同光强对花萼气孔开放和花枝水分散失的影响,并基于单细胞转录组测序与分析挖掘和揭示花萼光响应的代谢途径及重要转录因子。主要研究结果如下:1.非洲菊切花花瓣、花萼和花茎在花枝水分散失中的作用各不相同,在光照8 h内以花瓣累积失水量最大,但花萼单位面积累积失水量最高,其次是花茎和花瓣。2.光强可影响非洲菊切花花萼的气孔开放和花枝水分散失。光强25μmol m–2 s–1下花萼气孔开度和气孔开放率均高于50和100μmol m–2 s–1,且光强25μmol m–2 s–1下非洲菊切花失水速率也要明显高于50μmol m–2 s–1。3.对非洲菊切花花萼单细胞转录组测序结果进行聚类分析,所有高质量细胞可分为14个细胞亚群,经细胞类型注释后可进一步归类为4个细胞类型:叶肉细胞、表皮细胞、保卫细胞和未注释细胞。4.将保卫细胞中上调的差异基因进行KEGG富集分析,发现参与花萼光响应的主要代谢通路有氧化磷酸化、光合作用、代谢途径、植物-病原菌互作及MAPK信号通路等。进一步分析气孔运动相关代谢通路基因的表达特点发现,大部分基因在保卫细胞、表皮细胞和叶肉细胞上对光照呈现不同的响应模式。5.分析气孔运动相关转录因子MYBs(3个)、WRKYs(16个)和b ZIPs(5个)的表达特点发现,在光下保卫细胞中表达这些转录因子的细胞数量多且主要呈上调,但它们的响应模式并不完全相同,其中部分在光照0~1 h上调表达,部分在光照1~4 h上调表达。不过,它们在表皮细胞和叶肉细胞中大致都呈现下调表达。
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