外源褪黑素对猕猴桃幼苗耐高温胁迫的调控机理研究

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猕猴桃是一种喜温湿但不耐热的多年生藤本果树,其叶片和果实对高温及其敏感。褪黑素(melatonin,MT),是一种吲哚类物质,既能调节植物生长,又能增强植物抵抗非生物胁迫的能力。目前,关于褪黑素与猕猴桃耐高温胁迫的研究还鲜见报道。因此,本论文以猕猴桃幼苗为材料,研究了褪黑素对猕猴桃耐高温的调控机理的影响。研究结果为猕猴桃的抗逆改良提供了技术依据,同时也丰富了褪黑素提高植物抗逆性的作用机理。主要研究结果如下:1.植株受到高温胁迫后,丙二醛(MDA)含量、相对电导率(REC)水平以及可溶性糖和脯氨酸含量显著上升。分别用浓度为50μmol/L、100μmol/L和200μmol/L褪黑素溶液对植株进行预处理后,显著缓解了MDA和REC的上升趋势以及进一步增加渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖)含量,使植物维持了更好的生长状态,且以浓度为200μmol/L的褪黑素溶液的预处理效果最好。此外,外源褪黑素处理显著提高了保护酶(POD、CAT、SOD)和As A-GSH循环酶(APX、DHAR、MDHAR、GR)活性,增加了非酶抗氧化物质(抗坏血酸、类胡萝卜素、总酚、总黄酮、总黄烷醇)含量和其抗氧化能力(DPPH、ABTS、FRAP)。2.进行外源褪黑素调控猕猴桃幼苗耐高温胁迫的转录组分析。以美味猕猴桃盆栽实生苗为材料,在45℃高温下处理8 h,并以高温第8 h样品进行转录组测序。本次转录组测序共6个库,每个库的有49-62百万Raw reads,过滤后的clean reads为47-59百万,GC含量均大于46%,与参考基因组的Total Mapping比率最低为63.13%,且2个重复间的R~2值均大于0.969。将外源褪黑素处理后的高温植株(MTHT3)与仅高温植株(HT)对比,检测到差异基因3299条,上调基因1843条,下调基因1456条。其中,2412条差异基因被GO注释到2870个功能项中,且“氧化还原酶活性”和“氧化还原过程”为最显著的两项,“生物学过程”中包含的基因数量最多(1848条)。1124条上调差异基因在KEGG pathway分类上显著富集在谷胱甘肽代谢、乙醛酸和二羧酸代谢和光合作用中的碳固定等作用通路。综上所述,外源褪黑素可有效调控氧化还原酶活性、氧化还原过程和谷胱甘肽代谢等通路。3.对转录组中富集通路的相关基因进行了Real-time RT-PCR验证。转录组数据中鉴定出的31个GST基因中,28个被褪黑素诱导上调,对GST25做Real-time RT-PCR验证,结果表明褪黑素可显著增高GST25基因表达量。同时,利用Real-time RT-PCR技术分析转录组鉴定出的GSHⅡ、GGT4、G6PD2、PDS和ZDS基因表达量,结果表明褪黑素预处理显著提高了GSHⅡ、GGT4、PDS和ZDS基因表达量,降低G6PD2基因表达量。此外,本研究共发现80个Hsps,其中12个被褪黑素显著调节(10个上调;2个下调),并抽取其中5个做Real-time RT-PCR,结果发现在整个高温过程中,褪黑素预处理可有效调节植株体内的Hsps的表达量。同时,本次研究共鉴定1261个转录因子,隶属71个基因家族。其中在三组中都差异表达的转录因子为138个,包含64个被褪黑素诱导上调的转录因子和74个被诱导下调的转录因子。这个结果说明褪黑素通过Hsps和转录因子途径来提高植物耐热性的机制可能有两种。
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