低温需冷量对‘北陆’蓝莓春季开花的影响机制

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cats2106
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本试验以多年生蓝莓‘北陆’(Vaccinium corymbosum Berkeley×(Lowbush×Pioneer))为研究对象,设置满足需冷量与不满足需冷量的不同处理,通过分析外部形态差异及其激素、糖类物质和类黄酮物质的含量变化差异,并进一步对不同处理不同发育时期花芽进行转录组测序分析,研究需冷量满足与否对蓝莓花芽和枝叶的影响,并通过差异明显的代谢通路筛选关键调控基因,阐明需冷量对蓝莓花芽发育特性的影响及分子调控机理,研究结果表明:形态方面:(1)不满足需冷量会使蓝莓植株花芽无法进行正常的生殖生长,使植株不能开花结果;而营养生长的时间会明显延长。响应低温需冷量的生理特性主要体现在:(2)花芽萌动及开花过程中与满足需冷量花芽相比,不满足花芽IAA和GA3的含量较低,而ABA含量则较高;花芽中类黄酮物质除黄酮醇在休眠期与满足需冷量花芽含量差异不显著外,其余均表现为不满足需冷量花芽各阶段类黄酮物质含量较高。且IAA与GA3含量呈极显著正相关关系,原花青素与IAA含量呈极显著正相关关系,类黄酮物质与GA3呈显著或极显著正相关关系。(3)较满足需冷量叶片而言,除在叶片成熟期不可溶原花青素含量差异不显著外,其余时期类黄酮物质均在不满足低温需冷量叶片中含量较高;不满足需冷量的叶片可溶性糖总体含量较低。(4)不满足需冷量枝条总糖与蔗糖含量显著较高,而果糖与葡萄糖在花芽发育时期(休眠期-伸长期)含量较高。主成分分析结果表明需冷量影响花芽开花的物质主要为花芽内激素及枝条可溶性糖含量。转录组分析结果表明:(5)在不同时期内,满足与不满足需冷量花芽的差异基因均显著富集于碳水化合物代谢相关(carbohydrate)、植物激素信号转导相关(plant hormone)、类黄酮代谢相关(flavonoid)、光合作用相关(photosynthesis)、低温影响相关(cold)以及开花相关(floral)路径。(6)通过对花芽中激素和类黄酮含量与相关调控基因进行相关性分析发现,ABA与PP2C和SnRK2、IAA与AUX1/LAX和SAUR呈显著或极显著正相关;GA3与DELLA、GID1呈显著或极显著负相关;而原花青素及黄酮醇与其CYP75A、CHS呈显著或极显著正相关关系。(7)通过分析及验证,需冷量影响春化途径中的FRI、DAM、FUL及LFY,各时期不满足需冷量花芽的表达量均显著上调;而花发育模型中B类基因AP3、PI,C类基因AG及E类基因SEP2均在满足需冷量的花芽中随着萌芽发育表达量显著上调,而不满足需冷量在花芽伸长期的表达量显著下调,且较满足需冷量花芽表达量显著下调。即在不满足需冷量花芽中,调控花发育基因表达量显著下调。综合以上结果分析表明,低温需冷量通过影响春化途径(FRI、DAM、LYF)、赤霉素途径(GI、DELLA)及光周期途径(PHYB、CO、GI、LHY)等调控因子的表达,影响花发育模型调控因子(AP1/FUL1、AP3/PI、AG、SEP2)的表达以及生理代谢途径,调控蓝莓开花途径、植物激素信号转导以及碳水化合物代谢,从而影响激素、糖类等物质的表达含量,进而影响正常生长发育及开花。研究结果为进一步解决蓝莓栽培的地域、条件等限制奠定基础。
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