二倍体及其同源四倍体酸枣的生理特征和转录组分析

摘要

【目的】研究酸枣基因组复制后分子水平的变异机制,为深入探讨枣树多倍体性状、关键调控基因的克隆及基因工程育种提供参考。【方法】本实验以二倍体及其同源四倍体酸枣为研究材料,比较了二者的叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量以及可溶性蛋白质含量,对两种材料进行了转录组测序,并参考GO Ontology、KEGG等数据库对差异基因和转录因子进行功能分类与富集分析。【结果】四倍体的叶绿素含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量均显著高于二倍体植株,叶片相对含水量在两种材料中没有显著差异。二倍体与四倍体酸枣共1 329个基因具有显著差异,GO功能分析表明这些差异基因主要参与生长发育和胁迫耐受相关功能。KEGG通路分析显示,大部分差异基因富集在碳水化合物代谢、氨基酸代谢和信号传递过程,其中16个关键基因参与糖和氨基酸的代谢与转运过程,如SPS2、GAE6和PGDH3,这些基因在四倍体中具有较高的表达量;23个基因参与激素信号传导通路,其中与生长素传导、应答相关的基因如ARG7,GH3.6和IAA26在四倍体植株中表达量较高,而与油菜素内酯合成酶(CYP)、乙烯不敏感蛋白(EIN)相关的基因在四倍体植株中表达量较低。在对二倍体与四倍体差异转录因子的分析中发现,四倍体MYB转录因子家族基因表达量高于二倍体。【结论】四倍体叶片叶绿素含量高是植株叶色加深的原因之一,可溶性糖、可溶性蛋白质含量高为四倍体叶片变大、茎加粗提供了更多能源物质。参与糖、氨基酸代谢和激素合成、信号传导的关键基因在二倍体与四倍体中差异表达,可能与四倍体植株体内能源物质含量高、生长势强的性状相关;具有渗透调节功能的基因在四倍体中表达量较高暗示着四倍体可能具有较强的抗性。进一步对差异转录因子的分析表明,MYB转录因子在二倍体与四倍体植株中的差异表达可能会导致植物在生长发育、形态建成和抗逆过程中的差异,但二者的具体差异性状还需进一步的实验研究。