论文部分内容阅读
彩叶植物因其独特的叶色在园林绿化中备受重视,研究彩叶植物在表型、生理以及基因表达方面的变化,对于深入理解彩叶植物的变异具有重要意义。本研究从欧洲白桦的紫叶变种紫雨桦的表型特征、生理特性以及相关基因表达等方面进行了研究,为深入理解紫雨桦的变异、白桦叶色关键调控基因的克隆以及白桦基因工程育种提供参考。研究发现,紫雨桦的叶片呈紫色,其叶绿素含量、类胡萝卜素含量和花色素苷含量分别比欧洲白桦高42.14%、71.73%和317.43%。紫雨桦在代谢产物方面与欧洲白桦差异明显,紫雨桦的可溶性蛋白含量比欧洲白桦高168.31%、可溶性糖含量比欧洲白桦低45.24%。紫雨桦的光合作用明显弱于欧洲白桦,其光饱和点、光补偿点、羧化效率、最大净光合速率、PSⅡ实际光化学效率和光化学淬灭分别比欧洲白桦低16.24%、35.60%、44.52%、28.24%、33.46%和23.02%。紫雨桦的生长显著低于欧洲白桦,其树高和胸径分别比欧洲白桦低7.52%和19.78%。初步认为紫雨桦在生长上的降低是由于其光合作用降低造成的。采用Solexa技术测定紫雨桦和欧洲白桦的转录组,通过转录组的测序和组装,共得到78157个unigene,其中51.61%的unigene得到注释。紫雨桦与欧洲白桦相比,共有3662个unigene上调表达,3351个unigene下调表达。GO分析表明紫雨桦与欧洲白桦在防御应答、细胞外区域、转移酶活性等41个方面差异显著。Pathway分析表明紫雨桦与欧洲白桦在植物与病原体相互作用、二苯乙烯类化合物、二芳基庚酸类化合物和姜辣素的生物合成、苯丙素生物合成等22个途径差异显著。紫雨桦和欧洲白桦在花色素苷合成和调控以及卡尔文循环方面发生了明显变化,初步认为紫雨桦在表型上的变异与这些基因的差异表达有关。根据转录组测序结果,选取3个BpCHS基因、6个BpDFR基因和12个BpMYB基因分别对1年生和2年生紫雨桦进行组织表达特异性研究,结果表明:BpCHS、BpDFR、BpMYB在紫雨桦各部位表达模式不尽相同;BpCHS基因在1年生紫雨桦的叶片、叶柄、根、茎中均有表达,其中BpCHS1和BpCHS3在叶部表达较高,BpCKS2在根部表达较高;BpCHS3在1年生和2年生紫雨桦上部叶、中部叶、下部叶均表现为随叶色变绿而表达量下降。BpDFR基因在1年生紫雨桦的各部位也均有表达,但在根、茎、叶柄中的表达量比在叶片中的表达量高;BpDFR5在1年生和2年生紫雨桦上部叶、中部叶、下部叶均表现为随叶色变绿而表达量下降。BpMYB在1年生紫雨桦各部位表达模式并不相同,BpMYB2、BpMYB4、BpMYB11在叶中表达较高,BpMYB1、BpMYB6、BpMYB9、BpMYBl0在根、茎、叶柄中的表达量较高。BpMYBll在1年生和2年生紫雨桦上部叶、中部叶、下部叶均表现为随叶色变绿而表达量下降。初步认为BpCHS3、BpDFR5和BpMYB11可能与紫雨桦叶片中花色素苷的积累有关。在此基础上,对紫雨桦的抗盐和抗旱能力进行了研究,结果表明:在盐胁迫条件下,紫雨桦在相对生长量、盐害指数、叶绿素和花色素苷含量、叶绿素荧光参数等方面均优于欧洲白桦;基因聚类分析表明,欧洲白桦基因上调表达出现在盐胁迫后第3天,而紫雨桦基因上调表达出现在盐胁迫后第9天。在旱胁迫条件下,紫雨桦在旱害指数和叶绿素含量等方面优于欧洲白桦,在相对生长量、花色素苷含量和叶绿素荧光参数等方面与欧洲白桦相比较差;基因聚类分析表明,欧洲白桦基因上调表达出现在旱胁迫后第3天和第6天,紫雨桦基因上调表达出现在旱胁迫后第3天。以上结果说明,与欧洲白桦相比,紫雨桦具有较高的抗盐性,而耐旱性上表现并不优于欧洲白桦。