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植物激素ABA/GA代谢与响应通路基因表达在秋茄(Kandelia obovata)显胎生过程中的调控作用

傅梅萍  
【摘要】:为深入了解红树植物胎生的分子机制,本研究以显胎生红树植物秋茄(Kandelia obovata)作为研究材料,选取了四个关键时期:S1-胚珠期、S2-线形胚期、S3-种皮打开前和S4-种皮打开后,并将果实分为胚、种皮、果皮三大类组织,进行时间—空间基因表达差异性研究。对S2-线形胚时期和S3-种皮打开前共五个组织的转录组测序数据进行分析,设置六组比较,其中差异表达基因的KEGG通路富集结果表明:类黄酮等抗逆性物质在胚和种皮内逐渐积累赋予秋茄种子抵抗环境胁迫的能力;光合作用在线形胚内的出现说明胚虽仍为种皮所包被,但仍能进行一定程度的光合作用,进行自主能量积累,促进自身生长;差异基因富集最主要的通路是植物激素信号转导,其中包括ABA和GA激素响应,此外在秋茄胚发育过程中具ABA合成通路基因表达下调现象。ABA/GA比值在种子休眠向萌发状态转变中起重要作用,加上大部分胎生突变体表现为ABA不敏感或ABA合成缺陷的证据,我们认为秋茄的胎生过程受到这一对拮抗激素的共同调控。因此本研究选取ABA/GA代谢通路相关基因共十四个。与ABA相关的是,ABA 合成:KoABA1、KoNCED、KoABA2、KoAA03;ABA 降解:KoCYP707A;ABA 响应:KoPYL9、KoSnRK2.2、KoABI3、KoABI5、KoCHO1;与 GA 相关的是GA合成:KoKS、KoKAO;GA降解:KoGA2ox;GA响应:KoGID1。通过荧光定量PCR方法,获取这些基因的表达模式,并关联其在各个通路中的作用,得到以下结论:(1)非胎生和胎生种子的ABA合成的时期和组织相似。ABA合成的初始阶段仅发生在胚内,但最终合成位点包括胚和种皮,而且ABA的合成随种子的吸胀和萌发呈下降趋势;(2)胎生种子ABA降解发生的时期不同于非胎生的种子。非胎生的种子中ABA的降解被抑制,而胎生种子中ABA的降解基因CYP707A迅速代谢则在胚,特别是种皮中有很高的表达量,维持胎生种子内ABA含量处于低水平状态;(3)GA的活跃位点包括胚轴、种皮和果皮,从促进胚轴生长势和疏松皮类组织两方面协同调控秋茄胚轴的持续生长;(4)低含量的ABA导致ABA/GA比值降低,两类激素的动态平衡构成共同调控网络,可能是导致秋茄胎生现象发生的主要原因。本研究通过对秋茄种子不同发育阶段、不同组织的转录组数据分析,得到ABA/GA是秋茄胎生过程中重要的调控因子的结论。并以此为基础研究ABA/GA合成、降解和响应基因的表达模式,进而构建ABA/GA基因表达时间—空间调控网络,从发育阶段特异性和组织特异性上阐明ABA/GA如何调控秋茄胚胎发育,有利于进一步加深对红树植物胎生分子机制的了解。


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