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《甘肃农业大学》 2016年
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油菜素内酯调控辣椒低温耐受性的作用机理

李杰  
【摘要】:近年来,随着人类生产活动和温室效应的作用,全球极端天气频发。冬春季节,我国北方设施蔬菜生产面临冷害和冻害的严重威胁。因此,在改善农业基础设施和提高设施环境调控能力的同时,研究蔬菜作物对逆境胁迫的应答机制,运用生长调节剂等提高蔬菜作物对不良环境条件的耐性,对提高蔬菜产量、品质和经济效益具有十分重要的科学意义。油菜素内酯(BRs)作为一种新型植物生长调节剂,广泛参与植物多种生理过程,尤其在植物生长发育及其对逆境的响应等方面具有重要的调节作用。然而,目前人们对BRs介导的耐低温机制仍不清楚。本试验以低温敏感型辣椒品种‘湘研16号’为试材,通过叶面喷施24-表油菜素内酯(24-epibrassinolide,EBR)研究了外源EBR对低温胁迫下(15/5℃,昼/夜)辣椒幼苗生长、激发能分配、渗透调节物质积累和抗氧化防御的影响;利用高通量测序RNA-seq和i TRAQ技术,分析了低温胁迫下EBR对辣椒幼苗转录组和蛋白质组的影响,并利用实时荧光定量PCR技术验证了高通量测序结果的可靠性。从生理生化、基因和蛋白质3个方面探讨BRs调控辣椒幼苗耐低温胁迫的生理和分子调控机制。主要试验结果如下:(1)低温胁迫下,辣椒幼苗生长受到抑制,根系形态指标显著降低,膜脂过氧化产物MDA含量显著提高,抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)显著增强。低温胁迫下,外源EBR处理可显著提高辣椒幼苗地上部干鲜重、根系活力、根系总长、根表面积和分根数及根系抗氧化酶SOD、POD和CAT活性,降低MDA含量,缓解低温对根系的伤害。EBR的适宜浓度为0.1μM。(2)EBR亦可显著提高低温胁迫下辣椒叶片光光系统II最大量子效率、光系统II实际光化学效率和光合系统II反应中心光能捕获效率,减少天线热耗散和过剩光能,缓解光抑制。低温胁迫增加了叶片MDA和活性氧H2O2、O2-和OH-的含量,产生了氧化应激反应,而通过喷施EBR可显著提高叶片SOD、POD、CAT、APX抗氧化酶活性(酶系统)和抗氧化剂As A和GSH的含量(非酶系统),降低ROS积累,缓解过氧化伤害。此外,低温下喷施EBR可以显著提高渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质的含量。(3)采用RNA-Seq高通量测序技术共获得39,829个转录本,经过差异基因筛选,共得到656条差异表达基因,包括335条上调和321条下调差异表达基因。利用RT-PCR方法对20个差异表达基因进行了表达量验证,定量检测结果与测序结果一致,证明建立的转录组数据库可靠。通过GO功能注释和KEGG富集分析,EBR可诱导光合作用相关基因显著上调,诱导纤维素合成蛋白和UDP糖基转移酶的合成,引起细胞质中钙信号的转导途径,诱导细胞内氧化还原相关基因GSTX1,PER72、CAT2的上调表达,也诱导激素代谢、氧化还原过程、信号转导和防御反应相关基因的表达。(4)采用i TRAQ技术共鉴定得到4661个蛋白质。通过差异蛋白质筛选,筛出上调蛋白217个,下调蛋白129个。GO注释分析表明,细胞学组件(Cellular Component)中,鉴定的差异蛋白主要是细胞功能和细胞组成相关蛋白;生物学过程(Biological Process)中,主要行使代谢过程(metabolic process,20.83%)、细胞过程(cellular processes,18.28%)和应激反应(response to stimulus,9.85%);主要参与催化活性(catalytic activity,47.73%)、结合功能(binding,36.62%)、结构性分子活性(structural molecular activity,5.30%)和抗氧化活性(antioxidant activity,3.54%)等生物过程。Pathway富集分析表明,差异蛋白被显著富集在82个代谢通路中,主要是代谢途径、次生代谢生物合成、核蛋白、光合作用天线蛋白等。主要参与电子传递以感应和传导逆境信号,调节光合作用和能量代谢以维持细胞内正常的能量供给,降低细胞壁的延展性以维系低温胁迫下细胞完整性,生成抗逆活性物质以维持细胞内环境稳定。主要参与光合固碳途径、氧化磷酸化途径、谷胱甘肽代谢途径、苯丙素生物合成途径、苯丙氨酸代谢途径和核糖体途径等代谢途径及催化及活性调节、蛋白质结构性分子活性、能量转运过程和蛋白质结合等过程。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S641.3

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