花燭品種‘Sonate’葉色突變體轉(zhuǎn)錄組分析及抗寒性研究.pdf

1、花燭(Anthurium andraeanum Lind.)又名紅掌、安祖花，天南星科(Araceae)花燭屬常綠草本植物，是重要的熱帶盆花和切花植物。目前，國內(nèi)外花燭育種的目標(biāo)性狀為花燭苞片顏色、苞片大小、株型（作盆花或切花）及葉型（葉片大?。┑?，而關(guān)于花燭葉色突變性狀的研究鮮有報(bào)道。為研究花燭葉色突變機(jī)理及葉色突變體抗寒性，本研究以花燭品種‘Sonate’野生型和葉色突變體為材料，利用新一代測序技術(shù)對花燭野生型（wild type）

2、和紅化型（rubescent）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組深度測序，建立野生型和紅化型轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，分析了兩個(gè)轉(zhuǎn)錄組中的差異表達(dá)基因(DEGs)，并通過qRT-PCR技術(shù)分析葉綠體發(fā)育、分裂及葉綠素、花青素合成相關(guān)基因在花燭野生型和4種葉色突變體中的表達(dá)情況。另外，通過分析花燭野生型和深綠型植株在6℃低溫脅迫下的葉片性狀、生理指標(biāo)和抗寒相關(guān)基因表達(dá)情況的變化，對花燭野生型和深綠型的抗寒性進(jìn)行了比較。主要研究結(jié)果如下:
　　1、利用新一代測序平臺Il

3、lumina HiSeqTM2000，對花燭野生型和葉色突變體紅化型進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組深度測序，分別獲得39，119，350和45，807，980條原始序列(Raw reads)，經(jīng)過冗余去除和從頭組裝，獲得48，284個(gè)Contig，平均讀長為772 bp，N501155 bp。最終所獲得的Contig組裝成41，017個(gè)總Unigene(平均讀長為1，172bp)，50.3％的Unigene長度超過500 bp。轉(zhuǎn)錄組組裝數(shù)據(jù)已經(jīng)提交到DD

4、BJ/EMBL/GenBank中，登錄號為GBKP00000000。對總Unigene用BLAST檢索NCBI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)共有27，539條Unigene比對到至少一條序列(E-value＜1.0e-5)，占據(jù)總Unigene的67.1％;通過同源性比對，發(fā)現(xiàn)與花燭同源性最高的物種依次為葡萄（Vitis vinifera）、毛果楊（Populus trichocarpa）、蓖麻（Ricinus communis）和碧桃（Prunu

5、s persica），分別占32.5％，7.8％，7.8％和7.6％。GO分類分為41個(gè)功能群，COG分類分為24個(gè)同源簇，KEGG分為261條代謝通路。
　　2、用FPKM法對the wild和rubescent的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)37，199和39，302條Unigene分別在the wild和rubescent文庫中表達(dá)，1，378和3，490條Unigene分別在the wild和rubescent文庫中特異表

6、達(dá)，35，812條Unigene在the wild和rubescent文庫中共表達(dá)，858個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs)，其中包括446條基因上調(diào)，412條下調(diào)(|log2(Ratio)|≥1且FDR≤O.001）。對DEGs進(jìn)行GO分類、COG分類和KEGG代謝通路分析發(fā)現(xiàn)，102個(gè)DEGs分為17個(gè)COG功能分類，66個(gè)DEGs分到161個(gè)KEGG通路中，其中占比例最大的前三位依次是代謝路徑、次級代謝產(chǎn)物的生物合成和不同環(huán)境下的微生物代

7、謝。重點(diǎn)分析葉綠體發(fā)育、分裂及葉綠素、花青素合成相關(guān)的基因表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)一些基因在野生型和葉色突變體中的表達(dá)水平存在明顯差異。通過qRT-PCR技術(shù)驗(yàn)證這些基因在花燭不同葉色突變體中的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AaGLK和AaARC5分別是調(diào)控花燭葉綠體的發(fā)育和分裂的關(guān)鍵基因，AaDFR在花燭花青素合成過程中起關(guān)鍵作用。綜合分析，本研究認(rèn)為異常的葉綠體發(fā)育、分裂和花青素合成能力，直接或間接的影響葉綠素合成和花青素合成，影響到葉綠素和花青素含量，

8、最終使葉片形成不同顏色。
　　3、6℃低溫處理過程中，花燭野生型植株先表現(xiàn)出冷害癥狀，葉片萎蔫、葉柄變軟彎曲;深綠型冷害癥狀較輕，表現(xiàn)時(shí)間較晚;葉片中的葉綠素含量均有所降低，并且野生型葉片中的葉綠素降解速度比深綠型快，降解幅度比深綠型大;花青素含量均有所上升，深綠型葉片中的上升幅度比野生型大;葉片中SOD、POD和APX的酶活性均隨著低溫脅迫時(shí)間的延長而增強(qiáng)，深綠型葉片中的增強(qiáng)幅度均比野生型大;AaCAT、AaAPX和AaAOX的