四季秋海棠叶片转录组测序分析和低温诱导花色素苷合成机理

发布时间：2020-11-16 04:58

　　 花色素苷是使植物体组织呈现红至紫色的主要物质,常因各种环境胁迫诱导而在植物叶片上合成积累,因而具有植物逆境胁迫的“指示剂”之称。通过转录组测序技术的发展,我们可以深入探究低温诱导和高光诱导的花色素苷合成机制中的差别部分和相同部分。本文我们以四季秋海棠‘超级奥林匹克’为研究材料,对不同条件下(正常生长条件CK、高光条件HL和低温条件LT)四季秋海棠叶片进行转录组测序。根据测序结果,共获得21.09Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到6.73Gb,Q30碱基百分比在92.10%及以上。低温处理和高光处理分别获得74,779和83,699条unigene,其平均长度分别684pb和640pb。低温组转录组测序中transcript和unigene的N50值分别为2,200和1,249pb,高光组转录组测序中transcript和unigene的N50值分别为2,113和1,098pb。进行基于Unigene库的基因结构分析,其中SSR分析共获得6,567个SSR标记,同时还进行了CDS预测和SNP分析;分别通过5个蛋白质数据库(Nr、Swiss-Prot、KEGG、COG和GO数据库)对基因进行功能注释,共获得54,799条Unigene的注释结果,并发现:低温和高光均诱导次生代谢途径的转录因子和合成基因上调表达,但是二者作用的机理并不尽相同:低温通过碳代谢到氨基酸生物途径到苯丙素生物合成进入花色素苷合成途径,而高光是通过蛋白质生物合成至类黄酮生物合成途径再到花色素苷合成途径;高光主要诱导次生代谢途径中的花色素苷合成,而低温在诱导花色素苷合成的同时也诱导了木质素和原花色素(proanthocyanidins)的合成。两组转录组数据中的差异基因涉及花色素苷生物合成、转移运输和调控等方面的生物过程。本研究是第一次对秋海棠进行大规模基因表达的检测。从上述转录组测序的数据中发现,低温在诱导花色素苷合成相关的基因(PAL、4CL、CHS、F3H、ANS和3GT)表达的同时,BsRbohD基因(Rboh家族的其他基因没有变化)也应激显著上调。因此用生物信息学方法对其cDNA序列及推测氨基酸序列进了行分析。对低温下BsRbohD基因进行qRT-PCR分析,结果表明,BsRbohD基因在低温处理3h后即开始显著上调表达,并于第9h达到高峰;而几个关键的花色素苷合成基因(BsPAL、BsCHS、BsF3H和BsANS)则分别在低温处理5h、7h、7h和9h后开始显著上调,并于第9h达到最高峰。初步表明BsRbohD基因介导的H_2O_2的信号作用可能介入了低温引起的花色素苷合成过程;为了更进一步验证此推论,分别用H_2O_2、MV、低温下施加NADPH氧化酶的底物NADPH、NADPH氧化酶的抑制剂DPI、H_2O_2的清除剂DMTU等处理四季秋海棠叶片,结果表明:低温、H_2O_2、MV显著促进了植物体内H_2O_2含量和O_2.~-产生速率,同时BsRbohD、BsPAL、BsCHS、BsF3H和BsANS基因的表达显著上调,最终导致积累了显著的、肉眼可见的花色素苷;低温下施加NADPH氧化酶的底物NADPH加剧了上述ROS的产生,相关基因的表达和花色素苷含量的增加;而低温下施加NADPH氧化酶的抑制剂DPI、H_2O_2的清除剂DMTU则通过减少ROS的产生和相关基因的表达而降低了花色素苷的合成。因此,推测低温通过BsRbohD基因产生的ROS诱导了四季秋海棠叶片花色素苷的合成。
【学位单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S682.19
【部分图文】：

图 1 四季秋海棠叶片对照 CK（control plants）、高光 HL（high light-treated plants）和低温 LT（lowtemperature-treated plants）三个处理的表型（a）;三个处理的叶片中花色素苷含量（b）Figure 1 Phenotypes (a) and anthocyanin contents (b) in the leaves of B. semperflorens under differentenvironmental conditions. LT, low temperature-treated plants; HL, high light-treated plants; CK,control plants在进行测序及质量检查之后，低质量的数据被筛除，在 LT、HL 和 CK 组中分别获得25,022,374、23,025,183 和 22,506,321 组纯净序列。三组样品中的 Q30 所占碱基比分别为92.10%、94.16%和 94.07%。Clean Data 被组装后 CK 和 HL 组中得到的 Transcript 为 177,196 条，Unigene 为 83,699条。其中 contig 长度主要分布在 200-300bp，序列数量为 8,191,478；Transcript 与 Unigene的 N50 分别为 2,113bp 和 1,098bp，组装完整性较高；Transcript 和 Unigene 的平均长度为1,233bp 和 640bp。而 CK 和 LT 组中得到的 Transcript 为 174,352 条，Unigene 为 74,779 条，其中 contig 长度主要分布在 200-300bp，序列数量为 9,984,407 条；Transcript 与 Unigene 的N50 分别为 2,200bp 和 1,249bp，组装完整性较高；Transcript 与 Unigene 的平均长度为 1,312bp 和 684bp（表 2）。

图 2 差异表达基因 GO 二级节点注释统计图re 2 GO classification of common DEGs that were detected in both comparisons of LT vs. CK and HL in B. semperflorens leaves.横坐标为 GO 功能分类，分为生物进程、细胞进程和分子进程，纵坐标左边为基因数目所占百分为基因数目。

图 2 差异表达基因 GO 二级节点注释统计图re 2 GO classification of common DEGs that were detected in both comparisons of LT vs. CK and HL vs. CKin B. semperflorens leaves.横坐标为 GO 功能分类，分为生物进程、细胞进程和分子进程，纵坐标左边为基因数目所占百分比，为基因数目。
【参考文献】

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本文编号：2885647