转录和蛋白质组学联合分析单氰胺(HC)打破葡萄芽休眠分子机制研究

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葡萄芽休眠是在冬季不利环境条件下产生的自我保护机制,保证植株在低温条件下顺利越冬。目前,由于全球变暖,在南方地区,冬季气温过高,导致需冷量积累不足,芽休眠无法完成,造成花芽分化不完全,萌芽不整齐等问题,严重影响了葡萄的产量。因此,有必要对葡萄芽休眠机理进行深入全面的研究,对提高葡萄果实品质和产量具有重要意义。目前,多数学者从激素、化学试剂、转录组学等方面揭示了葡萄芽休眠的机制。研究表明,ABA可以维持葡萄芽的休眠状态,减弱了 HC打破的效果。通过对四个休眠阶段的芽进行转录组测序,发现赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)相关途径基因表达出现富集。此外,SVP基因被认为在休眠调控中具有重要作用,在多年生木本植物果梅、杨树、苹果和猕猴桃中均已克隆分离并进行功能鉴定,但是,在葡萄中,VvSVP基因尚未被分离和进行基因功能验证,这些基因在葡萄开花和芽休眠中的作用尚不清楚。因此,有必要对SVP基因进行深入的研究。本研究通过转录组和蛋白组联合分析,旨在为探究单氰胺打破芽休眠分子机理提供理论基础,以及克隆VvSVP基因并进行功能验证,主要结果如下:1.为探究单氰胺在解除休眠的分子机理,采集‘阳光玫瑰’枝条,在用清水和单氰胺处理后18天,采集两组样品进行转录组和蛋白组测序联合分析。结果共鉴定出7135种蛋白质和基因共同参与休眠过程,大多数与热应激,氧化还原酶活性和能量代谢有关。此外,在KEGG通路中,发现“淀粉和蔗糖代谢通路”(vvi00500),“丙酮酸代谢通路”(vvi00620),“核糖体通路”(vvi03010),“昼夜节律通路”(vvi04712)和“苯基丙烷生物合成通路”(vvi00940)五个KEGG通路在蛋白质组和转录组水平上最为富集。我们的研究结果提供了应用HC后葡萄芽中转录和蛋白水平所有差异表达的基因与蛋白,这将有助于筛选与葡萄芽休眠有关的候选基因和蛋白质,并有助于阐明HC 打破休眠的分子机制。2.根据转录组及NCBI预测序列,从‘阳光玫瑰’葡萄中克隆得到五个VvSVP基因,生物信息学分析表明,葡萄VvSVP与拟南芥AtSVP基因高度相似,一致性值达65.29%,与其他物种MAD-box基因一样,均包含MADS-box蛋白家族特有的MADS-box,I-box,K-box和C末端结构域,以及位于C末端的保守EAR基序;此外,5个VvSVP蛋白均是亲水性蛋白;亚细胞定位预测显示,5个VvSVP蛋白主要定位在细胞核中,推测可能是核蛋白;组织特异性分析表明,VvSVP2和VvSVP4基因,在芽中显著表达,VvSVP1和VvSVP5主要在茎,叶和芽中表达,VvSVP3基因,在茎中表达量较高,而在其他组织中表达水平较低,表明VvSVP在植物组织中可能具有功能多样性。3.对VvSVP基因进行休眠全周期实时定量PCR,结果表明,VvSVP基因的表达模式呈现出一定的规律,在相对休眠和内休眠阶段维持较高表达水平,在生态休眠阶段(萌芽前)逐渐下降。在哥伦比亚野生型和svp41突变体中过表达VvSVP基因,结果表明,VvSVP1、VvSVP2和VvSVP4基因导致拟南芥开花延迟,VvSVP2和VvSVP4导致花形态异常。此外,在svp41突变体中过表达VvSVP基因发现,VvSVP1、VvSVP2和VvSVP4可以补充突变体早开花表型。转基因植株荧光定量分析表明,VvSVP1、VvSVP2和VvSVP4基因可以下调开花基因AtFT和AtSOC1基因的表达。本研究结果表明,VvSVPs基因可能在葡萄开花和休眠维持中具有重要作用,为揭示葡萄芽休眠调控机制研究提供新的见解。
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