海巴戟抗寒种质的筛选及抗寒机制研究

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海巴戟(Morinda citrifoliaLinn),又名海巴戟天,西方国家称为NONI(诺丽),为茜草科巴戟天属植物。作为广谱性植物药源的海巴戟,因富含营养和功能成份被开发成保健食品或营养补充剂,产品具有良好的市场开发前景。但由于海巴戟作为典型热带植物的特性,目前生产上栽培的品种均不抗寒,因此在海南海巴戟的种植仅局限于琼南地区,其推广面积受到很大的限制。同时,海南冬季时有发生的极端低温天气常给海巴戟的生产带来致命影响,寒害已成为严重制约海巴戟生产的瓶颈因素。开展海巴戟抗寒生理研究,筛选抗寒种质,发掘优异抗寒基因和选育抗寒品种具有重要的理论和现实意义。据检索,迄今为止尙未发现关于海巴戟抗寒性研究的相关报道,因此,本研究利用收集到的具有抗寒苗头的海巴戟种质,开展海巴戟抗寒生理研究,通过应用隶属函数分析比较海巴戟种质的抗寒能力和生理指标,借助转录组学及功能基因的差异性挖掘与海巴戟抗寒相关的代谢途径和相关基因。本研究将为海巴戟的抗寒研究提供理论基础,为海巴戟抗寒育种提供物质基础和科学依据,本研究具有重要的理论和现实意义。本研究的主要研究结果如下:1.大田自然寒害实验结果显示,5个海巴戟种质WTla、WTlb、WT2、WT3、WT4均具有抗寒能力,其自然抗寒能力依次为WT1a>WT3>WT2>WT1b>WT4。2.海巴戟种质资源抗寒生理的研究(1)低温胁迫下5个海巴戟种质的MDA含量均出现应激反应,表现为先降后升,其上升趋势随处理时间的增加而持续,且各种质的MDA含量表现为差异极显著性(p<0.01)。(2)低温胁迫下5个海巴戟种质的相对电导率均呈上升趋势,其上升与处理时间呈现相关性,相对电导率除WT2和WT1b没有达到显著水平(p>0.05)外,其余均表现为显著水平(p<0.05)。(3)低温胁迫下5个海巴戟种质的可溶性糖含量均呈上升趋势,处理进入Id时5个种质的可溶性糖含量均急剧上升,2d时除WT3和WT4出现少许含量下降外其余种质均为持续增加,4d后5个种质的可溶性糖含量均为持续增加,且各种质可溶性糖含量均表现为差异显著性(p<0.05)。(4)低温胁迫下5个海巴戟种质的游离脯氨酸含量、POD活性、SOD活性均出现应激反应,处理进入4d时5个种质的游离脯氨酸含量、POD活性、SOD活性均呈现明显的上升趋势。脯氨酸含量除WT2和WT4没有达到显著水平(p>0.05)外,其余均表现为显著水平(p<0.05)。POD活性除WT2和WT1b没有达到显著水平(pp>0.05)外,其余均表现为显著水平(pp<0.05)。各种质SOD活性表现为差异显著性(pp<0.05)。综合实验结果表明,海巴戟生理生化指标发生应激反应的临界处理时间为4-6d。(5)隶属函数分析结果表明,5个种质的抗寒能力排序为:WT1a>WT3>WT2>WT1b>WT4。(6)各抗寒生理指标的隶属函数相关性分析结果表明,相对电导率与抗寒相关性最大,其相关系数绝对值为0.926;MDA含量和POD活性与抗寒相关性次之,相关性系数绝对值分别为0.744和0.738;可溶性糖含量的相关系数绝对值为0.540;脯氨酸含量的相关系数绝对值为0.498;SOD活性的相关系数绝对值最小,仅为0.014。相对电导率、MDA含量和POD活性可优先作为海巴戟抗寒性评价的参考指标。3.海巴戟转录组学的研究(1)功能注释数据分析结果显示:NR功能注释80,154 Unigene占比68.50%;NT 功能注释 54,683Unigene 占比 46.73%;SwissProt 功能注释 52,33Unigene 占比44.55%;KOG 功能注释 62,173 额 Unigene 占比 53.13%;KEGG 功能注释60,518Unigene 占比 51.72%;GO 功能注释 24,032Unigene 占比 20.54%;InterPro功能注释 65,742Unigene 占比 56.18%。Transdecoder 检测出 91,348 个 CDS,同时检测出25,250个SSR分布于20,325个Unigene中,以及预测出2,279个编码转录因子的Unigene。(2)CDS预测结果显示,CDS数目91,348,总长度82,275,939,最大长度16,329,最小长度297,碱基G和C的比例43.10%。CDS长度主要集中在200-2000之间,有84,992条(93.04%),长度超过3000的有1774条(1.94%)。(3)差异表达基因检测结果显示,W1a对比WT1a种质上调的DEG数目为362,下调的DEG数目为471:WT1a对CWT1a种质上调的DEG数目为14072,下调的DEG数目为13914。(4)海巴戟的抗寒基因主要集中在代谢通路的Global and overview maps。(5)海巴戟抗寒相关的主要途径可能有植物激素信号转导、糖代谢、三羧酸循环等;差异基因主要有组磷蛋白磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、CTD核包膜磷酸酶、肽-O-岩藻糖基转移酶、TC075-3蛋白、乙酰辅酶A、生长素应答蛋白IAA8、吲哚-3-乙酸酰胺合成酶GH3、LSE0432生长素应答蛋白等可能与海巴戟抗寒有关。
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