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白鸡冠是武夷山“四大名丛”之一,自发现并利用至今已有三百余年的历史,以其新梢芽叶的典型白化性状而得名并为人熟知。与常规绿色芽叶茶树品种相比,白鸡冠的关键化学成分氨基酸和转录调控模式都有很大不同。因此,由于其特异性的白化表型及较高的氨基酸含量而受到越来越多的关注。本研究先鉴定并明确其白化类型,再结合田间开展的不同光处理,测定叶绿素等叶色相关成分和指标;并依据这些指标取样进行脂质组分析,再将结果与实验室前期转录组数据关联,筛选出与叶绿素降解和脂质代谢相关基因进行荧光定量PCR分析,还成功克隆出CsPPH基因,并进行生物信息学分析。本研究从脂质代谢角度对白鸡冠叶色白化进行初探,为深入研究白鸡冠茶树的白化机制提供参考,也为白鸡冠茶树的开发利用提供理论依据。
1、白鸡冠茶树叶片白化类型的验证鉴定
以一年生、长势和遗传背景一致的盆栽白鸡冠茶树为材料置于人工气候箱内进行不同温度和光强培养,分别对其第1、2叶位进行叶绿素SPAD值测定。结果显示不同温度条件下白鸡冠茶树叶色变化不显著,而不同光强下白鸡冠叶色随光强降低而变绿,表明白鸡冠茶树为光照敏感型白化茶树。
2、白鸡冠茶树响应光照的生理生化变化
测定不同光强处理白鸡冠茶树叶片叶绿素SPAD值、SOD、POD、CAT酶活性。结果显示,与对照处理相比,白鸡冠能够积极响应光照调控而表现自我防御性状变化。在不遮荫条件下,白鸡冠茶树新稍第二叶叶色白化明显,叶绿素SPAD值较低。其SOD酶活性呈显著上升趋势,POD和CAT酶活性先升后降低,后期又降至与处理前相当水平。肉桂SOD和POD均较稳定,CAT酶活性降低。遮荫后,白鸡冠新梢第二叶叶色逐渐转绿,叶绿素SPAD值显著升高,其SOD和POD酶活性显著下降,CAT酶活性的变化是先上升后降低,最终呈平稳状态。肉桂遮荫后酶活性均呈下降趋势。恢复光照后,白鸡冠新梢第二叶叶色返白,叶绿素SPAD值显著降低,且SOD酶活性升高,POD酶活性降低,CAT酶活性的变化是先升后降,后期与恢复前相当。对照品种肉桂新梢第二叶叶色无显著差异,SOD、POD酶活性先降后升,最终活性无明显变化;CAT酶活性上升。综合来看,白鸡冠防御酶活性普遍高于肉桂,响应光照调控变化显著,酶活性与叶色变化相关。
3、白鸡冠茶树响应光照的膜脂代谢变化
我们采用脂质组学技术对白鸡冠新梢第二叶的脂质成分进行了检测,共检测出156种极性脂。分析了正常光照、遮荫和恢复光照条件下白鸡冠茶叶的脂质组成,揭示了光照对白鸡冠茶树叶片脂质组成变化及叶色的影响。结果表明:正常光照下由于白鸡冠MGDG/DGDG较肉桂低,膜脂/叶绿素较肉桂高,导致类囊体膜不完整;且随着叶龄的增加脂质含量减少。遮荫1天后,白鸡冠第二叶叶色转绿,MGDG、DGDG和PG等参与类囊体膜重建的脂质,含量显著降低,
变化趋势与肉桂相似;恢复光照后,随着处理天数的增加,MGDG/DGDG低于肉桂,膜脂/叶绿素高于肉桂,脂质含量显著降低,导致类囊体膜结构不稳定,叶绿素减少,叶色返白。而绿叶品种肉桂在所有处理下脂质含量无显著差异。光照通过影响白鸡冠的膜脂组成而影响叶色。
4、白鸡冠茶树叶绿素降解及膜脂合成代谢相关基因表达研究
对相关基因进行荧光定量表达验证,发现不遮荫的白化叶和恢复光照后的叶片中膜脂合成基因PLD、plc、DGK、MGD和DGD的表达下降,使膜脂含量降低,膜结构不稳定,导致叶绿素降解基因CLH、SGR、PPH、PAO和RCCR表达上升,降解加速,叶色白化;遮荫后膜脂合成基因表达升高,膜结构重建,叶绿素降解基因表达降低,叶色转绿,说明白鸡冠白化期叶绿素降解加速导致叶片白化,这是一个可逆反应。
5、茶树CsPPH基因克隆和生物信息学分析
克隆获得白鸡冠茶树CsPPH基因(NCBI登录号:MK359094),序列全长1298bp,含有1241bp的完整ORF,编码413个氨基酸。序列分析表明,该基因编码的蛋白质为稳定疏水蛋白,其预测分子量为45741.50?Da,理论等电点为6.12。预测该基因主要定位于叶绿体中。
综上所述,光照敏感型新梢白化茶树白鸡冠在不同光处理下通过改变膜脂含量和比例来影响类囊体膜的完整性,从而影响SOD、POD及CAT等防御酶抵御活性氧的能力和叶绿素降解能力,进一步影响叶色。
1、白鸡冠茶树叶片白化类型的验证鉴定
以一年生、长势和遗传背景一致的盆栽白鸡冠茶树为材料置于人工气候箱内进行不同温度和光强培养,分别对其第1、2叶位进行叶绿素SPAD值测定。结果显示不同温度条件下白鸡冠茶树叶色变化不显著,而不同光强下白鸡冠叶色随光强降低而变绿,表明白鸡冠茶树为光照敏感型白化茶树。
2、白鸡冠茶树响应光照的生理生化变化
测定不同光强处理白鸡冠茶树叶片叶绿素SPAD值、SOD、POD、CAT酶活性。结果显示,与对照处理相比,白鸡冠能够积极响应光照调控而表现自我防御性状变化。在不遮荫条件下,白鸡冠茶树新稍第二叶叶色白化明显,叶绿素SPAD值较低。其SOD酶活性呈显著上升趋势,POD和CAT酶活性先升后降低,后期又降至与处理前相当水平。肉桂SOD和POD均较稳定,CAT酶活性降低。遮荫后,白鸡冠新梢第二叶叶色逐渐转绿,叶绿素SPAD值显著升高,其SOD和POD酶活性显著下降,CAT酶活性的变化是先上升后降低,最终呈平稳状态。肉桂遮荫后酶活性均呈下降趋势。恢复光照后,白鸡冠新梢第二叶叶色返白,叶绿素SPAD值显著降低,且SOD酶活性升高,POD酶活性降低,CAT酶活性的变化是先升后降,后期与恢复前相当。对照品种肉桂新梢第二叶叶色无显著差异,SOD、POD酶活性先降后升,最终活性无明显变化;CAT酶活性上升。综合来看,白鸡冠防御酶活性普遍高于肉桂,响应光照调控变化显著,酶活性与叶色变化相关。
3、白鸡冠茶树响应光照的膜脂代谢变化
我们采用脂质组学技术对白鸡冠新梢第二叶的脂质成分进行了检测,共检测出156种极性脂。分析了正常光照、遮荫和恢复光照条件下白鸡冠茶叶的脂质组成,揭示了光照对白鸡冠茶树叶片脂质组成变化及叶色的影响。结果表明:正常光照下由于白鸡冠MGDG/DGDG较肉桂低,膜脂/叶绿素较肉桂高,导致类囊体膜不完整;且随着叶龄的增加脂质含量减少。遮荫1天后,白鸡冠第二叶叶色转绿,MGDG、DGDG和PG等参与类囊体膜重建的脂质,含量显著降低,
变化趋势与肉桂相似;恢复光照后,随着处理天数的增加,MGDG/DGDG低于肉桂,膜脂/叶绿素高于肉桂,脂质含量显著降低,导致类囊体膜结构不稳定,叶绿素减少,叶色返白。而绿叶品种肉桂在所有处理下脂质含量无显著差异。光照通过影响白鸡冠的膜脂组成而影响叶色。
4、白鸡冠茶树叶绿素降解及膜脂合成代谢相关基因表达研究
对相关基因进行荧光定量表达验证,发现不遮荫的白化叶和恢复光照后的叶片中膜脂合成基因PLD、plc、DGK、MGD和DGD的表达下降,使膜脂含量降低,膜结构不稳定,导致叶绿素降解基因CLH、SGR、PPH、PAO和RCCR表达上升,降解加速,叶色白化;遮荫后膜脂合成基因表达升高,膜结构重建,叶绿素降解基因表达降低,叶色转绿,说明白鸡冠白化期叶绿素降解加速导致叶片白化,这是一个可逆反应。
5、茶树CsPPH基因克隆和生物信息学分析
克隆获得白鸡冠茶树CsPPH基因(NCBI登录号:MK359094),序列全长1298bp,含有1241bp的完整ORF,编码413个氨基酸。序列分析表明,该基因编码的蛋白质为稳定疏水蛋白,其预测分子量为45741.50?Da,理论等电点为6.12。预测该基因主要定位于叶绿体中。
综上所述,光照敏感型新梢白化茶树白鸡冠在不同光处理下通过改变膜脂含量和比例来影响类囊体膜的完整性,从而影响SOD、POD及CAT等防御酶抵御活性氧的能力和叶绿素降解能力,进一步影响叶色。