论文部分内容阅读
蓝莓(Vaccdium corymbosum L.)是一种重要的经济型多年生灌木,果实富含花青素具有极高的经济和保健价值。其在我国作为新兴发展树种,市场潜力巨大,但蓝莓属于浅根系植物,根系纤细且不发达,容易受到干旱胁迫的危害。随着全球气候变暖和干旱灾害的频繁发生,蓝莓品质和产量均受到很大威胁,而蓝莓在应对干旱胁迫时的响应机制尚不清楚。RNA-seq技术是研究基因表达的主要手段,同时也是探索逆境应答关键途径和基因的强大工具。本研究以蓝莓品种‘蓝丰’为研究对象,结合干旱处理下蓝莓生理生化变化,利用RNA-seq技术、加权基因共表达网络分析(WGCNA)和互作蛋白网络分析(PPI)等方法,探讨蓝莓转录组水平耐旱潜在调控网络,鉴定出重要调控途径。同时通过差异基因(DEGs)分析和表达相关性网络分析等方法对筛出的重要MYB转录因子(TFs)家族进行鉴定和分析,获得了关键Vc MYB基因;并进一步通过转化模式植物等方法研究了关键Vc MYB基因的特性和生物学功能,为揭示蓝莓应答干旱胁迫的机制提供了新认知。本研究主要取得了以下成果:⑴生理生化实验显示,干旱处理时,蓝莓抗氧化酶活性、活性氧(ROS)积累、气孔密度、花青苷浓度、脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)含量均增加,叶片气孔大小,叶绿素含量及荧光参数、赤霉素(GA3)和吲哚乙酸(IAA)含量均降低,并且其生长也会受到抑制。⑵转录组测序和分析显示,叶片中差异5倍且应答干旱的DEGs有4670个,根系中有2961个。DEGs主要被GO和KEGG显著富集到MAPK信号转导、植物激素信号转导、活性氧代谢和生物合成过程、AP2/ERF家族、MYB家族、b ZIP家族、类黄酮生物合成和类单萜生物合成这8个途径或家族中,同时筛选出了8个应答干旱胁迫的重要基因。⑶MYB TFs家族分析显示,本转录组中共有229个非冗余Vc MYB序列,可分为23个亚家族;叶片和根系共有102个差异2倍Vc MYB基因,叶片中有72个,根系中有69个,20倍以上的Vc MYB DEGs有8个,17个DEGs具有高度表达相关性。⑷烟草亚细胞定位实验显示,Vc MYB14和Vc MYB108均定位于细胞核中。⑸激素处理实验显示,Vc MYB14对GA3、水杨酸(SA)和IAA处理均有明显响应,对ABA和茉莉酸甲酯(Me JA)处理不响应;Vc MYB108对GA3、SA、ABA和Me JA处理均有明显响应,对IAA处理不响应。⑹组织特异性测定结果显示,Vc MYB14和Vc MYB108表达量均在根系中最高,其次是叶片中。⑺酵母实验结果显示,Vc MYB14和Vc MYB108转录因子均具有转录激活活性;同时还验证出Vc MYB14与Vc DREB1A和Vc KUA1在体内互作,Vc MYB108与Vc ABF4在体内互作。⑻通过转化拟南芥,研究了Vc MYB14的生物学功能。结果显示,过表达Vc MYB14的幼苗和成苗植株耐旱能力均明显低于野生型植株。干旱胁迫时,过表达Vc MYB14植株的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均明显低于野生型植株,丙二醛(MDA)含量明显高于野生型植株;以及通过q RT-PCR测定各株系在干旱胁迫时的相关胁迫基因表达变化情况,揭示了Vc MYB14通过降低ROS清除能力和抑制相关胁迫基因的表达来减弱植物的耐旱能力。同时,还发现过表达Vc MYB14不会影响植物的生长发育。⑼通过转化拟南芥,研究了Vc MYB108的生物学功能。结果显示,过表达Vc MYB108的幼苗和成苗植株耐旱能力均明显高于野生型植株。干旱胁迫时,过表达Vc MYB108植株的SOD、POD、CAT活性和花青苷浓度均明显高于野生型植株,MDA含量明显低于野生型植株;ABA处理时,过表达Vc MYB108植株叶片的气孔开度明显低于野生型植株,过表达Vc MYB108的种子萌发率明显降低,幼苗根系明显变短;以及通过q RT-PCR测定各株系在干旱胁迫时的相关胁迫基因表达变化情况,揭示了Vc MYB108参与ABA信号通路并通过影响ROS积累、花青苷含量和调控相关胁迫基因的表达来增强植物的耐旱能力。同时,还发现过表达Vc MYB108不会影响植物的生长发育。