甜瓜屬異源多倍化引起葉色黃化的光適應(yīng)性評價和microRNAs分析.pdf

1、異源多倍化是物種形成的重要過程，是植物進(jìn)化的重要動力之一。異源多倍體通常具有許多優(yōu)于二倍體親本的性狀，如器官變大、抗脅迫能力增強等。Cucumis×hytivus是通過黃瓜近緣野生種酸黃瓜和栽培黃瓜遠(yuǎn)緣雜交以及基因組加倍獲得的甜瓜屬人工異源四倍體（以下簡稱新種）。新形成的異源多倍體由于受到“基因組沖擊”，其早期世代基因組發(fā)生了廣泛的遺傳及表觀遺傳變異，這些變異對異源多倍體的表型產(chǎn)生了顯著的影響。經(jīng)過多代自交獲得的表型穩(wěn)定的新種，其親緣關(guān)

2、系明確，是研究異源多倍體物種形成和表型變異的理想模式系統(tǒng)。新種表現(xiàn)出葉綠素缺乏造成的不同于雙親的黃綠色葉片表型，并在其自交世代中穩(wěn)定遺傳。葉綠素是光合器官的基本組成部分，葉綠素缺乏對于新種的光合特性以及相關(guān)的生理特征有何影響不得而知。microRNAs(miRNAs)是近年來發(fā)現(xiàn)并被廣泛關(guān)注的一種小分子RNAs，對異源多倍體的表型變異發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。因此，本研究圍繞新種的黃綠色葉片新表型，嘗試從光合生理和表觀遺傳學(xué)的角度揭示異源多

3、倍化過程對新種產(chǎn)生的影響，主要研究結(jié)果如下:
　　1.甜瓜屬異源多倍體的光合特性以及對弱光和長光照的生理響應(yīng)研究
　　新種的部分表型包括干重、生物量和Psat等光合參數(shù)均介于雙親之間。然而，新種的葉片呈現(xiàn)出黃綠色，葉綠素與類胡蘿卜素含量均顯著低于雙親。新種葉片的葉綠素含量隨著葉片的成熟逐漸提高，其成熟葉的葉綠素含量與黃瓜相似。較低的光合色素含量并不顯著影響新種的光合及生長，F(xiàn)v/Fm等葉綠素?zé)晒鈪?shù)顯示新種PSⅡ功能完全正常

4、。同時，采用弱光和長光照處理比較新種及其雙親對不同光逆境的適應(yīng)性差異。酸黃瓜的總?cè)~綠素含量高、葉綠素a/b比值低、Psat和Rd較低，表明酸黃瓜的耐弱光特性，并在弱光處理下得以證實。長光照處理對新種的光合色素以及葉色并無影響，而酸黃瓜對長光照敏感，表現(xiàn)為Psat和Fv/Fm的顯著降低。新種中未發(fā)現(xiàn)優(yōu)于雙親的弱光和長光照適應(yīng)性。
　　2.甜瓜屬不同材料在葉片發(fā)育過程中對高光強的動態(tài)生理響應(yīng)
　　包括新種、二倍體親本酸黃瓜和黃瓜

5、以及黃化突變體（以栽培黃瓜為材料誘導(dǎo)獲得的黃化突變體）在內(nèi)的四個不同葉色甜瓜屬材料均表現(xiàn)出一定的高光強適應(yīng)性，未表現(xiàn)出明顯的光抑制現(xiàn)象，反映在一致的SLA降低和干物質(zhì)增加。四份材料對高光強的生理響應(yīng)有所不同，表現(xiàn)為不同的葉綠素含量和凈光合速率的改變。新種在高光強下的適應(yīng)性不及雙親，表明其可能不具備通常異源多倍體所表現(xiàn)的優(yōu)越性。然而，高光強下，具有耐蔭特性的酸黃瓜表現(xiàn)出一定的適應(yīng)能力，這表明酸黃瓜是一種兼性耐蔭攀援植物。葉綠素對光合作用的

6、影響存在遺傳差異，這可能與異源多倍化和誘變產(chǎn)生的一系列發(fā)育和調(diào)控系統(tǒng)的紊亂有關(guān)。此外，盡管新種和黃化突變體具有類似的缺綠葉片表型，但是新種在高光強處理下出現(xiàn)葉綠素含量的降低，這可能是一種避免過度吸收光能的防御反應(yīng)，暗示新種的黃綠色幼葉可能受內(nèi)源調(diào)控機制的調(diào)控，以防止幼葉產(chǎn)生光傷害。
　　3.甜瓜屬異源四倍體microRNAs的鑒定與分析
　　通過高通量測序共鑒定獲得546條保守miRNAs和287條新miRNAs。二倍體雙親

7、間有15條miRNAs差異表達(dá)。與酸黃瓜相比，新種中有7條miRNAs顯著上調(diào)，6條miRNAs顯著下調(diào)。與黃瓜相比，新種中有6條顯著上調(diào)，5條miRNAs顯著下調(diào)。在新種的幼葉和成熟葉中，共有27條保守miRNAs和12條新miRNAs差異表達(dá)，這表明miRNAs介導(dǎo)的調(diào)控機制在異源多倍體葉片的發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。9條miRNAs的熒光定量驗證結(jié)果與測序結(jié)果基本一致。通過靶基因預(yù)測發(fā)現(xiàn)，233條miRNAs靶向2483條靶基因序