【摘 要】
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西瓜在我国园艺生产中具有十分高的经济价值与食用价值,嫁接已经成为西瓜重要的育苗栽培方式。砧木子叶对嫁接愈合影响很大,去砧木子叶会使愈合延迟甚至最终导致嫁接苗死亡。本研究以一套异源嫁接组合为研究对象,即西瓜(97103)嫁接于野生西瓜(勇士),该组合在去除砧木子叶后导致愈合延迟但仍然能使嫁接苗成活,并结合西瓜自嫁组合,在转录组,家族基因与代谢组的生物信息学分析上展开研究,结果如下:1.在西瓜/野生西
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西瓜在我国园艺生产中具有十分高的经济价值与食用价值,嫁接已经成为西瓜重要的育苗栽培方式。砧木子叶对嫁接愈合影响很大,去砧木子叶会使愈合延迟甚至最终导致嫁接苗死亡。本研究以一套异源嫁接组合为研究对象,即西瓜(97103)嫁接于野生西瓜(勇士),该组合在去除砧木子叶后导致愈合延迟但仍然能使嫁接苗成活,并结合西瓜自嫁组合,在转录组,家族基因与代谢组的生物信息学分析上展开研究,结果如下:1.在西瓜/野生西瓜6h,72h,120h和168h的转录组测序中发现,去子叶对比保留子叶的差异表达基因主要集中在砧木中,接穗中较少;砧木中差异表达基因随着嫁接愈合时间会呈现减少的趋势,接穗会出现增加的趋势;从差异表达基因的富集分析发现,砧木中的GO富集主要在许多植物激素的响应的生物进程上,KEGG代谢通路富集分析发现差异表达基因主要富集在植物激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢、苯丙氨酸代谢、苯丙素生物合成与内质网蛋白加工途径,以及许多次生代谢物质的生物合成过程。2.通过西瓜/野生西瓜去子叶与实验室前期西瓜/西瓜去子叶的转录组联合对比发现,在砧木均去子叶的情况下由于嫁接愈合的显著差异,砧木中鉴定出大量差异表达基因,远多于西瓜/野生西瓜去子叶与保留子叶的差异表达基因,在接穗中差异表达基因十分少。并且发现砧木的差异表达基因在GO富集中除与之前的结果相似外,另外还发现大量合酶活性的分子功能富集,在嫁接愈合的四个时期均有显著富集,同时发现水杨酸合成与代谢过程的生物进程富集在四个时期也均有显著富集。砧木KEGG代谢通路富集结果与之前的组合相似,会有少部分代谢途径的差异,但是总体上还是富集在激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢、苯丙氨酸代谢和苯丙素生物合成等途径。3.共表达模块分析发现许多和表型有显著相关性的模块,包括嫁接愈合时间、嫁接组合、砧木接穗和子叶。在本研究关注的子叶上,发现与其显著正相关的绿色模块中有365个基因,富集结果与转录组结果有相似之处,但发现砧木子叶的去除与保留对细胞功能的影响非常大,还会影响砧木根毛的伸长。4.全基因组共鉴定出西瓜生长素响应家族基因ARF,AUXIAA,GH3和SAUR共119个,结合转录组数据发现砧木去子叶后这部分基因在砧木中表达量显著降低,差异表达基因中这部分基因也大多为下调表达,而接穗主要在168h有显著下调表达的差异。在砧木的整个IAA代谢途径中,去子叶会使整个途径的基因大多呈下调趋势,说明砧木子叶通过IAA的调控来影响嫁接愈合。5.西瓜/西瓜去子叶与保留子叶在72h的代谢组结果表明,砧木去子叶会引起接穗中许多差异代谢物的积累,砧木本身积累增加和减少的代谢物数量相近;接穗中的差异代谢物大量富集在氨基酸的生物合成和代谢途径,而砧木中的差异代谢物除氨基酸外还有许多富集在能量物质代谢途径。综上所述,本研究发现砧木子叶对西瓜嫁接愈合在转录水平与代谢水平上均有显著影响,去除砧木子叶导致愈合部基因表达与代谢物的合成发生巨大变化,引起嫁接愈合速度减慢,该研究为后续嫁接愈合的研究提供重要的基础。
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