四种非生物因子对刺梨AsA相关基因表达的影响

摘要

刺梨（Rosa roxburghii Tratt）属于蔷薇科蔷薇属植物，其果实含有丰富的维生素C（L-Ascorbic acid，AsA)。研究显示AsA的合成受到多种生物和非生物因子的调控，本课题组对刺梨的前期研究也发现部分二价金属离子、外源生长物质以及干旱或紫外胁迫等非生物因子会影响AsA的积累。本文以贵农五号刺梨（Rosa roxburghii Tratt‘Guinong5’）为材料，研究了四种非生物因子对刺梨果实AsA含量的影响；在此基础上，分析了参与AsA合成和代谢相关基因的表达响应，以期为揭示刺梨AsA积累的可能调节机理提供更多分子生物学证据。获得的主要结果如下：
　　（1）在前期研究的基础上，采用离体喂饲的方法分析了Ca2+和Cu2+两种二价金属离子对AsA积累及相关基因表达的影响，结果表明，Ca2+对刺梨果实中AsA的积累有显著的促进作用，而Cu2+对AsA有明显的分解效应。添加Ca2+对L-半乳糖途径中的GalLDH和GPP基因以及再生途径中的DHAR和MDHAR基因的表达均有显著的上调作用，说明Ca2+参与了刺梨果实AsA合成和代谢基因转录水平的调控；而外源Cu2+除对合成途径的GalLDH和GGP等两个基因表现出较小幅度的下调作用外，对参与分解代谢过程的基因并未有明显的上调效应，意味着Cu2+并不是主要在基因表达水平促进AsA的氧化。
　　（2）采用离体喂饲的方法，研究了7种外源生长物质对刺梨果实AsA合成和积累的影响；并结合田间喷施的方法，重点验证了3种对刺梨果实AsA合成和积累具有显著促进或抑制作用的外源生长物质的可能调控机制。结果表明：在离体条件下，脱落酸（ABA)、生长素（IBA)、水杨酸（SA)、芸苔素内酯（BR）4种物质均显著促进了AsA的积累，24 h后果实AsA含量较对照均显著升高（p<0.05)，而赤霉素（GA3)、茉莉酸甲酯（MeJA）及胺鲜酯（DA-6）等3种物质均不同程度降低了果肉中AsA含量（与对照比)，其中GA3和MeJA处理最为明显。田间喷施试验的结果验证了BR对AsA积累的促进作用，以及GA3和MeJA对AsA积累的抑制作用。进一步的qRT-PCR分析表明，不论是离体喂饲还是田间喷施，GA3和MeJA分别对GGP和GalUR表现出一致的显著下调作用；而BR则对AsA合成及再生途径的GGP、GPP、GDH、GalLDH、MIOX、DHAR、MDHAR等7个基因均有不同程度的上调作用，尤其是对GGP的作用最为明显。
　　（3）以结果植株为材料，采用盆栽控水的方法研究了干旱胁迫对刺梨果实AsA积累及相关基因表达的影响，结果表明，轻度和中度干旱对刺梨果实AsA积累并无显著影响，但之后随着胁迫程度的加剧，果实AsA含量显著降低。进一步的基因表达分析表明，干旱过程中，参与AsA合成途径的GME、GGP和GDH等基因表现出一定程度的上调作用，而MIOX基因则呈小幅度的下降趋势；参与AsA氧化分解的两个基因AAO和APX的表达水平在处理后期大幅升高（与AsA含量的急剧下降一致），可能是导致AsA含量降低的主要原因。在所有检测的基因中，只有DHAR基因表达变化与胁迫处理果实AsA含量高度一致，暗示该基因对于调控干旱胁迫下刺梨果实AsA的积累具有重要作用。
　　（4）以结果植株为材料，采用紫外灯管照射和聚酯薄膜遮挡的方法研究了增强和减弱紫外辐射处理对刺梨果实AsA积累及合成基因表达的影响，结果表明，增强紫外辐射可加速初始积累期果实AsA的增长，到快速积累期后AsA的增速又回到和对照保持一致。而减弱紫外辐射可降低果实AsA在50-70 d的积累量，但在快速积累的最后10 d果实AsA含量迅速增加，最后果实AsA含量显著高于对照。进一步的基因表达分析表明，增强紫外辐射时，GalLDH基因表达量的变化趋势与果实AsA的增长趋势相同；而减弱紫外辐射时，GME、MIOX基因表达量的变化趋势与果实AsA的增长基本保持一致。

目录

1 前言

1.1 高等植物AsA相关基因

1.2 AsA相关基因的调控研究

1.3 研究的内容及目的意义

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.3 试验方法

2.4 试验数据处理方法

3 结果与分析

3.1 金属离子对刺梨AsA含量以及相关基因表达量的影响

3.2 离体条件下植物生长调节剂对刺梨果实AsA含量以及相关基因表达量的影响

3.3 活体条件下植物生长调节剂对刺梨果实AsA含量以及相关基因表达量的影响

3.4 干旱对刺梨果实AsA含量以及相关基因表达量的影响

3.5 紫外线对刺梨果实AsA含量以及相关基因表达量的影响

4 讨论与结论

4.1 讨论

参考文献

缩略词表

在读硕士期间发表的文章

致谢

声明