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蓝莓休眠生理及分子机制研究

李波  
【摘要】:芽休眠是指植物生活史中芽生长暂时停顿的现象。落叶果树芽的自然休眠是为抵御冬季的低温环境。芽的休眠特性对物种的保存、繁衍及农业生产都具有重要的意义。自然条件下,进入休眠的植株需要经过一定时间的低温积累才能解除休眠正常萌发生长。低温不足,芽萌发及树体生长发育会出现障碍或异常,严重影响果树生产。蓝莓是具有较高经济价值的新兴果树树种,但由于对其芽休眠及解除机制认识不足,栽培生产中往往出现引种失败、产量低、品质差、设施栽培难以实现等问题,限制了蓝莓的栽培及推广,严重影响了蓝莓产业的发展。本文以蓝莓为试材,研究了花芽休眠进程中主要生理生化指标的变化,并利用RNA-Seq及MSAP等技术分析了蓝莓花芽休眠及解除过程中基因表达的差异及DNA甲基化的变化,从生理、基因转录及转录后调控等角度探究蓝莓休眠及解除的生理及分子机制,挖掘关键基因,为蓝莓分子育种、休眠调控及设施栽培提供指导。主要结果如下:1.休眠期间,蓝莓花芽生理生化指标呈现规律性的变化:脯氨酸含量呈先降后升的趋势,可溶性糖含量及POD活性持续上升,可溶性蛋白含量及SOD活性持续下降。随着休眠的解除,可溶性糖及可溶性蛋白含量、SOD活性均上升,POD活性下降。2.蓝莓内休眠花芽DNA总甲基化率(38.41%)、全甲基化率(27.09%)及半甲基化率(11.32%)均明显高于解除休眠花芽;相对于内休眠花芽,解除休眠花芽约84.48%的位点发生了甲基化模式变化,其中去甲基化位点数和比例分别为248和40.53%,超甲基化的位点数和比率分别为185和30.23%。3.基于RNA-seq技术构建蓝莓内休眠及解除休眠花芽的转录组文库,对不同休眠阶段花芽基因表达谱进行分析。结果表明,相对于内休眠转录组,解除休眠转录组共有935个基因表达发生变化,其中479个基因上调表达,465个基因下调表达。差异表达基因主要参与光合作用、光合天线蛋白、DNA复制及淀粉和蔗糖代谢等生化代谢途径。4.利用qPCR技术分析了Comp_85212(淀粉代谢过程相关基因)及Comp_79163 (MADS-box基因)两条差异基因在蓝莓花芽休眠过程中表达量的变化,结果表明,内休眠前,2个基因表达量较低,进入内休眠后表达量上升,内休眠解除前达到最高,内休眠解除后表达量下降。2个基因可能在蓝莓花芽休眠及解除过程中发挥重要作用。5.利用RACE技术从蓝莓芽中克隆得到休眠相关MADS-box同源基因VcDAM1。 qPCR分析表明,该基因在蓝莓花芽内休眠期间相对表达量上调并维持在较高水平,内休眠解除后表达量迅速下降。该基因可能参与了蓝莓花芽休眠及解除的调控。


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