盐胁迫下罗布麻转录组代谢组关联分析及黄酮醇合成酶基因(AvFLS)功能研究

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罗布麻(Apocynum venetum L.)系夹竹桃科罗布麻属多年生草本植物,全株皆可入药。黄酮类化合物是罗布麻主要活性成分,在罗布麻抵御环境胁迫中发挥重要作用。目前有关罗布麻在盐胁迫下其黄酮类化合物的变化模式,及关键差异基因与关键差异代谢物尚不清楚。本研究拟通过生理实验分析盐胁迫下黄酮类化合物变化,同时结合转录组学和代谢组学联合分析,筛选得到关键调控基因黄酮醇合成酶基因(Av FLS),开展Av FLS表达模式分析,并将Av FLS转化至拟南芥中,初步开展转基因拟南芥耐盐功能研究。取得主要结果如下:1.盐胁迫下罗布麻叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势;抗氧化酶积极响应清除体内多余的自由基;黄酮类化合物含量随盐浓度及处理时间显著增加,并与可溶性糖、脯氨酸维持渗透压平衡。结果表明黄酮类化合物在盐胁迫下发挥着重要作用。2.通过盐胁迫下罗布麻转录组与代谢物关联分析,筛选得到黄酮醇、圣草酚、芦丁等关键差异代谢物;筛选得到黄酮醇合成酶基因Av FLS、查耳酮异构酶(Av CHI)、二氢黄酮醇4-还原酶基因(Av DFR)、UDP–糖基转移酶基因(Av UGT)等关键差异基因;相关性分析结果表明共有59个MYB转录因子对42个黄酮类化合物合成基因起到显著的正向调控作用。其中MYB转录因子(Cluster-7324.22368)对11个黄酮类化合物合成酶起正向调控作用。上述差异基因、差异代谢物及MYB转录因子在盐胁迫下,在罗布麻黄酮类化合物代谢调控中发挥重要作用,有必要进一步开展研究。3.本研究通过4种不同的算法(Bestkeeper、Norm Finder、Ge Norm和Ref-finder)评估10个候选参考基因在盐胁迫下的表达稳定性。结果表明,盐胁迫下罗布麻中表达最稳定的基因为Actin。以Actin作为内参基因检测关键差异基因Av FLS的相对表达水平,Av FLS基因在叶片的基因表达量显著高于根和茎且随着盐胁迫呈现升高的趋势。研究为分析盐胁迫下罗布麻基因的表达模式选择参考基因提供了参考,并说明Av FLS在罗布麻应对盐胁迫下的反应中起着重要的作用。4.将关键差异基因Av FLS转入模式植物拟南芥,开展盐胁迫下Av FLS功能的初步研究,结果表明拟南芥中过量表达Av FLS基因,能够提高拟南芥的黄酮类化合物含量、光合速率,降低MDA含量,从而显著提高转基因拟南芥的耐盐能力。综上所述,罗布麻中的Av FLS基因受盐胁迫的诱导,在抵御非生物胁迫中发挥重要作用。上述研究结果为罗布麻作为饲料添加剂在畜牧领域开发利用及盐碱地牧草的分子育种改良方面奠定一定的基础。
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