低温胁迫下中国野生山葡萄和欧洲葡萄的转录组分析

发布时间：2020-06-22 22:49

【摘要】：葡萄是世界上重要的经济果树,也是我国栽培最为广泛的果树之一。目前我国广泛栽培的欧亚种葡萄,品质优良,但抗寒性差。我国西北地区的气候、土壤条件适宜葡萄种植,但是由于冬季气候寒冷,多需要埋土防寒,给生产带来极大不便。因此,培育抗寒品种是解决生产问题的根本。我国拥有丰富的野生葡萄资源,其中山葡萄是葡萄属中最抗寒的种,可耐-40℃的低温,是非常重要的抗寒基因资源,克隆和研究山葡萄的抗寒相关基因对揭示其抗寒分子机制和进行抗寒分子育种具有重要意义。本研究以抗寒性强的中国野生山葡萄株系‘双优’和抗寒性差的欧洲葡萄品种‘红地球’为试验材料,利用转录组测序技术,筛选低温胁迫不同时间点的差异表达基因,通过生物信息学分析获得山葡萄中抗寒相关的关键基因,通过qRT-PCR进一步分析验证抗寒关键基因的表达情况。获得的主要结果如下:1.对山葡萄‘双优’和欧洲葡萄‘红地球’进行0℃低温胁迫3、12、48和72h,以室温下取样作为对照(0h),比较二者低温胁迫下理化指标的差异。结果表明:随着处理时间的延长,2种葡萄相对电导率(electrolyte leakage,EL)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量均呈上升趋势,在相同处理时间下‘双优’EL和MDA含量均低于‘红地球’;脯氨酸含量先下降后上升再下降,0和48h时‘双优’脯氨酸含量高于‘红地球’,3、12和72h时‘双优’脯氨酸含量低于‘红地球’。过氧化氢酶(catalase,CAT)活性呈波浪形变化,抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(peroxidase,POD)活性总体呈现先上升后下降的趋势。除48h外,在其他处理时间点,‘双优’CAT酶活性高于‘红地球’。除72h外,在其他处理时间点,‘双优’SOD酶活性高于‘红地球’。在所有处理时间点,‘双优’APX酶活性低于‘红地球’,POD酶活性高于‘红地球’。综合上述7项理化指标表明‘双优’抗寒性强于‘红地球’。2.在低温胁迫处理后不同时间点,取‘双优’和‘红地球’叶片提取RNA,构建cDNA文库并进行转录组测序,鉴定出5992个差异表达基因,其中包括发掘的新基因796个。同一品种在不同胁迫时间与对照比较,在低温胁迫3、12、48和72h时‘双优’的差异基因数分别为32、1161、1894、3290个;‘红地球’的差异基因数分别为240、310、1072、1107个;在相同低温胁迫时间下比较,‘双优’与‘红地球’的差异表达基因数分别为1059、519、1713、1414、1215个。3.GO富集分析发现,‘双优’差异基因主要富集在冷响应、几丁质响应、茉莉酸介导的信号通路、植物型过敏调控响应、膜蛋白定位、脱落酸激活信号通路、茉莉酸响应等生物学进程;‘红地球’差异基因主要富集在冷响应,几丁质响应,机械刺激响应,细胞内信号转导,脱落酸激活信号通路,伤害响应,重力响应以及查耳酮生物合成等生物学进程。KEGG富集分析,在响应低温胁迫过程中,‘双优’差异表达基因主要参与谷胱甘肽代谢、植物昼夜节律、类黄酮类生物合成、光合作用以及植物激素信号转导等通路;‘红地球’差异表达基因主要参与植物激素信号转导、植物病菌互作、植物昼夜节律、类黄酮类物质合成和氨基苯丙酸代谢等通路。4.挑选12个抗寒相关候选基因进行qRT-PCR分析,其中8个基因的表达趋势与转录组测序结果完全一致,4个基因的表达趋势与转录组测序结果基本一致,表明了转录组测序的可靠性。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S663.1
【图文】：

低温胁迫,寒害,冷害

发的晚霜危害，也常给生产造成极大损失。因此，研究葡萄论价值和现实意义。寒性研究进展植物的影响植物的地理分布，在植物生长发育过程中起着至关重要的作的生长过程中有三个温度基本点，即最低温度，最适温度和温度，植物受到寒害（陈奕吟 2007）。寒害是农业生产上年因寒害造成许多农作物的损失高达数千亿美元（邓江明和简为冷害和冻害，冷害（chilling injury）是指 0℃以上的低温freezing injury）是指 0℃以下的低温对植物造成的伤害（Ch对植物造成伤害主要是通过改变生物膜透性，从而引起细胞统，减缓细胞原生质流动，导致植物生长代谢失衡，能量供，促进有毒代谢物累积，使细胞受到毒害，影响植物生长发图 1-1）。

相对电导率,低温胁迫,脯氨酸含量,处理时间

图 2-1 0℃胁迫 72h 后的‘红地球’和‘双优’A：红地球；B：双优Fig.2-1 ‘Red Globe’and ‘Shuangyou’under 0℃ stress at 72 hA: Red Globe; B: Shuangyou2.3.2 低温胁迫对 2 种同基因型葡萄生理生化指标的影响2.3.2.1 叶片中相对电导率、MDA 及脯氨酸含量的变化如图 2-2-A 所示，随着低温胁迫时间的延长，‘双优’和‘红地球’相对电导率均上升。‘双优’在 0-3h，上升速度较慢；在 3-12h 相对电导率变化速率加快，在 12-72h，上升趋缓。‘红地球’相对电导率总体变化趋势与‘双优’相似，且在相同处理时间下‘红地球’的相对电导率要高于‘双优’。在 0、3、12、48h，两种材料间的相对电导率差异不显著，而在 72h，‘双优’相对电导率显著低于‘红地球’。如图 2-2-B 所示，随着低温胁迫时间的延长，2 种葡萄 MDA 含量均上升。相同处理时间下‘双优’MDA 含量均低于‘红地球’，其中在 0 和 3h，二者差异显著。如图 2-2-C 所示，随着低温胁迫时间的延长，‘双优’和‘红地球’脯氨酸含量的变化趋势相似，均为先下降后升高再下降。在 0 和 48h，‘双优’脯氨酸含量显著高于

【参考文献】