论文部分内容阅读
西瓜[Citrullus lanatus(Thunb.)Mansum.&Nakai]是我国重要的园艺作物之一。在早春西瓜幼苗栽培过程中,低温弱光双重胁迫严重影响了西瓜幼苗的生长。然而,国内外的研究主要集中于低温胁迫,对低温弱光双重胁迫的研究报道相对较少。本文利用西瓜全基因测序材料97103为实验材料,通过低温、弱光、低温弱光三种胁迫方式,分别处理三叶一心期的西瓜幼苗。测定西瓜幼苗的光合作用相关参数,明确不同胁迫条件下叶片光系统受损伤的程度;测定各个时间点叶片中ROS积累等生理指标,明确叶片细胞内的氧化还原状态以及细胞受损伤程度;提取三种胁迫处理6 h后的西瓜幼苗真叶的RNA进行转录组测序;对转录组数据结果进行GO富集分析,pathway分析。主要实验结果如下:1.低温、低温弱光胁迫处理后西瓜幼苗叶片叶绿素荧光及光合作用相关参数均有所下降。低温处理组叶片PSⅡ受损严重,弱光在一定程度上缓解了低温伤害。胁迫处理后,低温组的净光合速率,光呼吸均下降;弱光和低温弱光处理组,净光合速率及光呼吸均维持在较低水平。叶绿素荧光参数表明,低温组叶片Fv/Fm、NPQ、ΦPSII和q P下降幅度较大;弱光组叶片Fv/Fm变化无显著差异;低温弱光组叶片Fv/Fm、NPQ、ΦPSII和q P下降,但下降幅度小于低温组。2.低温、低温弱光均导致西瓜幼苗叶片中ROS的产生及积累,且前者中的积累量显著高于低温弱光及弱光处理组。低温、低温弱光组叶片中MDA含量、O2-产生速率及H2O2含量随胁迫均有升高的趋势;弱光组的MDA含量及O2-产生速率变化无显著差异,H2O2含量呈下降趋势。低温、低温弱光均不同程度的促进了关键抗氧化酶活性。低温组叶片中SOD、APX和GR酶活性及可溶性蛋白含量均呈升高趋势,CAT和G-POD酶活性波动变化;低温弱光处理组的APX、GR和G-POD酶活性显著呈升高趋势,CAT酶活性和可溶性蛋白含量波动变化,SOD酶活性降低;弱光组SOD和APX酶活性呈下降趋势,CAT酶活性和可溶性蛋白波动变化,GR和G-POD酶活性变化无显著差异。3.对三种胁迫处理6h后的转录组数据进行分析,结果表明低温组共4058个基因差异表达;弱光组共1128个基因差异表达;低温弱光组共4333个基因差异表达。其中101个基因在三种胁迫处理组中均上调表达;150个基因在三种胁迫处理组中均下调表达;195个基因在三种胁迫条件下均差异表达,但表达模式不同。结果表明,低温组和低温弱光组的基因表达差异情况相似,但仍有部分基因在两种胁迫处理条件下表达模式不同。以低温组作为参照,在胁迫处理6 h后,低温弱光组上调表达的基因共有93个,下调表达的基因共有65个。4.对三种胁迫处理下特异性表达基因的pathway分析,结果表明在胁迫处理6 h后,低温组中特异性差异表达的基因主要参与到磷脂酰甘油生物合成I(质体)[phosphatidylglycerol biosynthesis I(plastid)]等代谢途径中;弱光组特异性差异表达的基因中上调表达的基因主要参与到缬氨酸降解I(valine degradation I)等代谢途径中;低温弱光组中特异性差异表达的基因主要参与到硫酸活化为磺酸(sulfate activation for sulfonation)等代谢途径中;三种胁迫处理组中共表达基因主要参与到山梨醇降解(sorbitol degradation),脯氨酸降解(proline degradation I)等代谢途径中。相对于低温组,低温弱光组上调表达的基因主要参与到甘氨酸合成III(glycine biosynthesis III),支链α-酮酸脱氢酶复合物(branched-chainα-keto acid dehydrogenase complex),β-丙氨酸合成(β-alanine biosynthesis II),5,6-二甲苯并咪唑核苷磷酸合成(5,6-dimethylbenzimidazole biosynthesis)等代谢途径中。5.利用q RT-PCR对部分差异表达基因进行验证。在胁迫处理6 h后,光合作用相关基因Cla000034、Cla003384、Cla002545、Cla001205在低温组中显著上调表达;普遍胁迫蛋白,黄素结合单氧化酶,纤维素合成等相关基因Cla018543、Cla021467、Cla012822在低温弱光组中上调表达;CAT家族基因Cla023447、Cla023448在低温,低温弱光组中均上调表达;β-半乳糖苷酶,UDP糖基转移酶相关基因Cla012613、Cla023270在弱光组中显著上调表达。