缩节安调控棉花叶片发育的机理研究

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jasonlau999
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棉花(Gossypium hirsutum L.)是一种在国民生产中占据重要地位的经济作物,与人类生活息息相关。缩节安(MC)是一种广泛用于棉花生产的化学调节剂,可有效控制棉花过度营养生长,塑造较为紧凑的株型结构,提高其增产潜力,对MC作用机制的研究有助于构建植物生长发育的调控网络,挖掘株型相关的基因,为棉花理想株型的塑造提供理论依据。叶片是植物重要的光合器官,也是重要的源器官,本研究从形态、生理、转录组水平和代谢组水平探究MC调控棉花叶片发育的分子机理,得到结果如下:1.MC处理后2d,显著延缓了棉花叶片的伸展,处理后8d,延缓作用趋于平缓;MC处理后5d,叶绿素a和总叶绿素含量均显著增加,处理后5d、8d、10d和13d,叶绿素a的含量分别增加13%、17%、28%和46%;叶绿素b的含量在MC处理后10d才显著增加,处理后10d和13d分别增加24%和84%;与总叶绿素含量变化相一致,MC处理后5d,叶片的净光合速率显著增加。2.为了研究MC调控棉花幼苗叶片发育的分子机理,对MC处理1d和8d后的叶片进行转录组测序,以|log2(Fold Change)|≥1和FDR<0.05为筛选条件,获得差异表达基因(DEGs)。处理后1d,与对照组相比,MC处理组共有267个DEGs,其中244个基因表达上调,23个基因表达下调;处理后8d,与对照组相比,MC处理组有1407个DEGs,其中752基因表达上调,655个基因表达下调。随机挑选11个DEGs进行qRT-PCR验证,结果与测序数据基本一致。对DEGs进行GO和KEGG富集分析发现,在1d_CK vs 1d_MC比较组中筛选获得的DEGs分别富集到了94个GO项和26条代谢通路;8d_CK vs 8d_MC比较组中筛选获得的DEGs分别富集到了76个GO项和103条代谢通路。两个比较组中筛选到了许多与叶片形态发育和光合相关的DEGs,包括WRKY转录因子和GATA转录因子、STRUBBELIG受体家族(SRF)基因和扩张素基因等。3.用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)对MC处理1d和8d后棉花幼苗叶片进行广泛靶向代谢组测序分析,与自建数据库比对分析后,检测出1050个代谢物。以Fold Change≥2和Fold Change≤0.5,VIP≥1为标准筛选后,在1d_CK vs 1d_MC比较组中,一共筛选出21个差异代谢物(DMs),其中,19个上调,2个下调;在8d_CK vs 8d_MC比较组中,一共筛选出73个DMs,其中,37个上调,36个下调。经KEGG功能富集分析后发现DMs主要富集于:次生代谢物的生物合成、代谢途径和ABC转运体途径中。三个代谢途径共同富集的DMs都包含于ABC转运体途径。4,从功能上对转录组差异表达基因(DEGs)和代谢组的差异代谢物(DMs)进行关联分析后发现,在1d_CK vs 1d_MC组中,没有同时符合Pvalue<0.05的DMs和DEGs的代谢通路;在8d_CK vs 8d_MC组中,DEGs和DMs在Pvalue<0.01条件下共同富集于精氨酸生物合成(Arginine biosynthesis)和氨基酸的生物合成(Biosynthesis of amino acids)两条代谢通路。通过相关性网络分析找出了两个与叶片光合、生长和防御相关的关键基因:GH_A05G2650(编码支链氨基酸转氨酶2)和novel.1524(编码氨基酰化酶)。
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