低温胁迫下火龙果生理响应特征及转录组差异基因分析

发布时间：2020-10-11 11:34

　　 火龙果(Hylocereus undulats Britt.)是仙人掌科量天尺属植物,是典型热带水果,抗寒性差,当冬季低温或倒春寒天气环境温度低于5 ℃时,火龙果的幼嫩部位(如芽和嫩枝条)极容易被冻伤,从而影响火龙果的生长和产量。为了研究低温胁迫下火龙果的抗寒生.理机制,本实验通过测定低温下'光明2号'扦插苗和实生苗的含水量、叶绿素含量、电解质渗出率、可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛含量以及抗氧化系统等生理生化指标,分析了扦插苗和实生苗抗寒生理机制。寻找到适宜的Ca2+用量以减少低温对火龙果扦插苗伤害。同时通过转录组测序,得到了 130264个火龙果Unigenes,其中差异基因2154条,利用功能和代谢通路注释、差异富集分析,对火龙果在-2 ℃胁迫下的分子响应机制做了研究。得到的结果主要如下:1.'光明2号'火龙果苗在低温胁迫后恢复生长24 h后陆续表现出失绿、锈斑、水渍状,萎焉、软腐、死亡等寒害症状。36h内的5 ℃低温不会引起'光明2号'死亡。-2 ℃和-5 ℃胁迫超过12 h就会造成'光明2号'植株大量死亡。低温使得'光明2号'苗保水力下降,叶绿素降解,破坏了火龙果植株生.物膜稳定性,改变其细胞渗透调节物质含量。'光明2号'实生苗和扦插苗的电解质渗出率在胁迫的前12 h就已经达到较高值,且随胁迫时间延长,电解质渗出率在0℃以上的增长幅度都比0℃以下大。实生苗和扦插苗游离脯氨酸在低温胁迫前期都迅速增加,并在胁迫的第24 h达到峰值。MDA值随胁迫时间的延长以及胁迫温度的降低不断增高。可溶性糖、可溶性蛋白含量大致呈现上升趋势。低温胁迫促进了'光明2号'活性氧清除酶活性的增强。2.-2 ℃为'光明2号'低温胁迫的一个临界温度。实生苗和扦插苗的可溶性蛋白峰值都出现在-2 ℃。在-2 ℃和-5 ℃下REC随胁迫时间延长的增长幅度较小,MDA含量随时间变化差异不显著,茎含水量变化在这两个温度间差异也不显著。-2 ℃以上的低温胁迫中茎Pro含量在与温度程负相关,而在-2 ℃和-5 ℃胁迫下变化规律不强。3.10 mmoI·L-1和15 mmol·L-1的Ca2+处理在低温胁迫不超过36 h的情况下能降低火龙果-2 ℃低温伤害,使得茎含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量始终显著高于对照,电解质渗出率和丙二醛含量显著降低。4.对'光明2号'火龙果常温和-2 ℃胁迫下实生苗进行转录组测序分析发现低温胁迫下上调基因(1141条),比下调基因(1073条)多。转录组数据经过KOG注释后发现大量差异基因出现在通用功能、蛋白质的修饰、转化以及蛋白伴侣、信号传导机制、转录、核糖体的结构和生物合成簇。GO分析表明合成、代谢以及酶活性子节有大量差异基因富集,KEGG分析发现光合作用通路和代谢通路中存在大量的差异表达基因。表明火龙果在低温下进行着复杂的新陈代调谢和酶促反应,以应对低温伤害。5.低温下火龙果会对基因表达做出优化选择,荧光定量的表明FAD,ICE1,ZAT12基因表达量变化趋势不尽相同,但在胁迫前24h内各基因的表达量都朝着有利于降低低温伤害变化。胁迫的36 h,ICE1基因表达下调,ZAT12表达量增加会引起CBF途径被抑制,其下游的LTI等COR类终端响应因子对低温的响应削弱,导致机体对低温抵御能力降低,失水加剧,ROS得不到及时的清理,代谢紊乱,所以胁迫的第36 h检测到Pro含量以及SOD活性和POD活性急剧降低。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S667.9
【部分图文】：

０°Ｃ以下的低温使得火龙果茎内生物膜功能和结构受损，透性改变，电解质滲出??率急剧上升，实生苗０?°Ｃ胁迫的第２４?ｈ，?ＲＥＣ达到了?７２．９９％，显著高于ｃｋ和５?°Ｃ??胁迫，甚至高于５?°Ｃ胁迫４８?ｈ的ＲＥＣ值（图２）。－２?°Ｃ胁迫２４?ｈ和－５?°Ｃ胁迫１２?ｈ??实生苗茎ＲＥＣ已经超过８０％。随后随时间的推移，ＲＥＣ保持在较高水平并缓慢??增加。扦插苗的ＲＥＣ则是在－２?°Ｃ和－５?°Ｃ胁迫的第３６?ｈ超过８０％。两种材料在温??度大于等于０?°Ｃ时ＲＥＣ随时间延长的增长幅度都大于０?°Ｃ以下低温胁迫增长的??幅度。??□ｃｋ?０５°Ｃ?ｔ３〇°Ｃ?〇－２Ｔ：?口－５°Ｃ??＾?１２０?ｎ??Ｂ?１００?－?：?，?ａｂ?ａ?ａ?ａ?ａ?，?ａ?ａ??ＩＩ?ｓｏ－??Ｓｔ＾ｒｉｉ?ｒｔｆ?ｒｉｌ?ｒｉｌ??１２?２４?３６?４８??Ａ．实生苗低温胁迫时间ｃｏｌｄ?ｓｔｒｅｓｓ?ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｓｅｅｄｌｉｎｇ（ｈ）??？?ｌ〇〇?Ｉ?ａ?Ｌ?ａｂ?ａ?ｂ?ａ?ａｂ??￥！?８０??，＿遽遍Ｊｉ??１２?２４?３６?４８??Ｂ．扦插苗低温胁迫时间ｃｏｌｄ?ｓｔｒｅｓｓ?ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｓｅｅｄｌｉｎｇ（ｈ）??图２低温胁迫对火龙果电解质渗出率的影响??Ｆｉｇ．２?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｄｒｏｕｇｈｔ?ｓｔｒｅｓｓ?ｏｎ?ＲＥＣ?ｏｆ?ｐｉｔａｙａ??４．１．５丙二醛（ＭＤＡ）含量变化??当火龙果体内的低温信号启动后，植株内的ＭＤＡ含量是增加的，由图３可以??看出

Ｆｉｇ．２?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｄｒｏｕｇｈｔ?ｓｔｒｅｓｓ?ｏｎ?ＲＥＣ?ｏｆ?ｐｉｔａｙａ??４．１．５丙二醛（ＭＤＡ）含量变化??当火龙果体内的低温信号启动后，植株内的ＭＤＡ含量是增加的，由图３可以??看出，０°Ｃ以上的低温胁迫，对ＭＤＡ含量的变化相对较小，特别是前２４?ｈ，相对??于对照组的增长幅度在１２．９７％至５１．０４％之间。实生苗和扦插苗在低温胁迫的３６?ｈ??内的多次出现－２?°Ｃ和－５?°Ｃ的ＭＤＡ含量差异都不显著，可能是－２?°Ｃ的低温足以对??机体都产生了较大的影响，膜脂氧化达到上限，虽然温度继续降低，但超过其承??１４??

４．１．６可溶性糖含量变化??低温胁迫会促使淀粉水解形成可溶性糖，火龙果茎内的可溶性糖含童随温度??降低呈先增加后降低的趋势（图４），这与邓仁菊（２０１５）年对低温胁迫下火龙果含糖??量变化规律研究一致。在－２?°Ｃ和－５?°Ｃ低温胁迫的第１２?ｈ，火龙果扦插苗的可溶??性糖反低于对照，这和大多数植物低温胁迫的可溶性糖含量不同。扦插苗的可溶??性糖含量普遍高于实生苗。实牛．苗胁迫各阶段的最高可溶性糖含量都出现在??０°Ｃ，除－５?°Ｃ外，可溶性糖含量都是随时间的推移而逐渐增加。而扦插苗在胁迫??前２４?ｈ时，５?°Ｃ的可溶性糖含量最大，达到０．８４％和０．８１％，随后的时间段里，??则以０?°Ｃ的含糖量最高。扦插苗的可溶性糖含量在０?°Ｃ和５?°Ｃ呈现波动下降。另??夕卜，值得注意的是，两种材料在－５?°Ｃ?２４?ｈ可溶性糖含量都出现较大的增长，实??生苗增幅为５７．０８％，扦插苗达到了?８９．４２％。??１５??
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本文编号：2836537