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紫花苜蓿适应NaCl胁迫的机理及VIGS体系探究
被引量：
6
作
者：
学
位
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予
单
位：
摘
要：
紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是世界上广泛种植的优质豆科牧草,蛋白质含量高适口性好,可作为动物饲料,又可提高土壤肥力,利用价值较高,但过高的土壤盐度影响紫花苜蓿的生长发育。为了探讨紫花苜蓿的耐盐机理,本研究测定NaCl胁迫后紫花苜蓿根系和叶片生理生化指标,选取紫花苜蓿根系进行了转录组测序和代谢产物检测,分析了 NaCl胁迫对紫花苜蓿根系生理、转录和代谢的影响。通过转录组和代谢组联合分析,解析了紫花苜蓿响应NaCl胁迫的关键代谢途径,发掘关键差异基因和差异代谢产物并研究其相关性,选取候选基因尝试利用VIGS体系进行功能验证,从而深入揭示紫花苜蓿适应盐胁迫的分子机制,为紫花苜蓿耐盐机理的研究提供新见解。主要研究结果如下:1、NaCl胁迫24h内紫花苜蓿根系和叶片内渗透调节物质含量均显著高于胁迫处理前,根系抗氧化酶活性的增加较叶片显著。当NaCl胁迫1h时,紫花苜蓿根系过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖等指标未发生显著变化,NaCl胁迫6h或24h时则显著上升;在NaCl胁迫1h时转录和代谢物未发生显著变化,而NaCl胁迫到6h和24h时发生显著变化。表明胁迫1h时,由于时间较短紫花苜蓿尚未对NaCl胁迫作出应答,而胁迫6h和24h涉及的变化与紫花苜蓿耐盐性相关,且根系在24h内对NaCl胁迫的响应强于叶片,叶片中渗透调节物质可能先于抗氧化酶参与防御反应。2、紫花苜蓿根系转录和代谢产物的KEGG共富集分析发现,NaCl胁迫6h和24h时共富集到异黄酮生物合成、类黄酮生物合成、ABC转运蛋白、花生四烯酸代谢、黄酮和黄酮醇生物合成、二萜生物合成和缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解等7条代谢途径。此外,差异基因(DEGs)还富集到植物激素信号转导、类胡萝卜素生物合成、玉米素生物合成等途径,差异代谢产物(DAMs)还富集到α-亚麻酸代谢和花青素生物合成途径。表明类黄酮合成和植物激素合成与转导途径参与6h和24h时紫花苜蓿对NaCl胁迫的适应过程。3、在NaCl胁迫1h或6h时,大部分类黄酮合成基因和茉莉酸(JA)合成与转导基因均显著上调,赤霉素(GA)产物积累量呈现先减少后增加的趋势,GA转导途径中主要基因在6h时显著下调,脱落酸(ABA)含量在NaCl胁迫下无显著变化,6h和24 h时转录因子ABF2表达量显著上调。此外,6种类黄酮化合物(二氢槲皮素、二氢杨梅素、花葵素、木犀草素、甘草素和甘氨酸)、3种GA产物(GA1、GA4和GA9)和2种JA产物((+)-7-异甲基茉莉酮酸酯和茉莉酸甲酯)在NaCl胁迫24h时显著升高。表明NaCl胁迫初期类黄酮合成相关酶基因上调,导致类黄酮积累量在NaCl胁迫24h内逐渐增加,从而缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿的伤害。在植物激素合成与转导途径中,紫花苜蓿则通过调节GA含量、提高JA产物含量、增强ABA转录因子的表达来提升NaCl胁迫的防御能力。4、DEGs和DAMs关联分析发现,二氢槲皮素与β-环羟基化酶(LUT5)、ABA响应元件结合因子2(ABF2)、蛋白质磷酸酶PP2C(PP2C)和ABA受体PYL2(PYL)基因显著相关;木犀草素与PP2C和光敏色素相互作用因子4(PIF4)基因显著相关;(+)-7-异甲基茉莉酮酸酯与黄酮醇合成酶(FLS)基因显著相关,这表明类黄酮与三种植物激素存在相互作用,共同参与紫花苜蓿盐胁迫适应过程。5、挑选关联网络中MsABF2和MsFLS基因,选用TRV沉默体系,使用抽真空法和萌发种子浸泡法侵染紫花苜蓿,结果发现沉默2周后两种方法侵染的紫花苜蓿幼苗叶片均未发生白化,并且叶片中MsPDS基因和根系中MsABF2与MsFLS基因表达量均未显著降低,表明沉默未成功,这可能与病毒沉默载体、沉默片段选择、沉默侵染方法和侵染后的培养温度有关。
关
键
词：
紫花苜蓿; 代谢组; NaCl胁迫; 转录组; VIGS
学
位
年
度：
2023
学
位
类
型：
硕士
学
科
专
业：
农业硕士（专业学位）
导
师：
王小山杨栋
中
图
分
类
号：
S541.9;S541[多年生豆科牧草⑨]
学
科
分
类
号：
0901[作物学];090902[牧草学]
D
O
I：
10.27441/d.cnki.gyzdu.2023.002662
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