基于RNA-Seq揭示草甘膦对茶树叶片生理及品质指标的影响机理

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草甘膦具有抑制杂草时期长,杀草广谱和没有残留毒性的特点,而被人们在茶园中广泛地应用。茶树杂草防治过程中引起的除草剂对非靶标植物的影响是我国茶叶生产面临的主要问题。研究茶树在草甘膦胁迫下生理生化的变化及转录组水平的响应,对于解析茶树受除草剂胁迫的机理有重要的指导意义。本论文以茶树(舒茶早)为材料,研究了草甘膦对茶树生理生化水平的影响,并结合转录组数据,从基因水平探究茶树对草甘膦胁迫的响应机理。所得主要结果如下:(1)喷施草甘膦后,茶树中叶片的叶绿素、类胡罗素含量减少,最大光化学效率Fv/Fm显著降低。茶树叶肉细胞被破坏,细胞器降解消失,细胞内出现空腔。同时,叶绿体的片层结构减少,并伴随着嗜饿颗粒的出现发生扭曲变形直至裂解。叶片的SOD、POD、CAT的活性显著增高,并且随着草甘膦处理浓度的增大和处理时间的延长先升高后降低。叶片中的丙二醛含量剧烈增加,导致膜脂过氧化。(2)草甘膦抑制了茶树儿茶素,咖啡碱,茶氨酸的合成,同时含量较高的18种香气成分总量都有明显的下降,严重影响了茶叶品质成分,降低了茶叶品质。(3)对2.50kg ai/ha草甘膦及对照处理下的茶树叶片进行转录组测序和拼接,共获得Unigene 73693条。将所获得的Unigene与己知数据库NR、Swiss-Prot、KEGG、GO和COG进行比对(E-value<1.0e-5),得到功能注释的有37962(占51.5%)条。对两个测序文库所获得的Unigene进行转录丰度的差异比较分析发现,茶树喷施草甘膦后,有552条Unigene转录水平显著上调,明显下调的有914条。从转录水平具有差异显著的基因中挑选12条进行q RT-PCR验证分析,其中11个差异表达的基因定量结果和转录组测序结果达到一致。(4)通过对差异基因的富集分析发现,DEGs参与了74个不同的GO分类。其中生物合成过程,细胞生物合成过程,高分子复合物,细胞器组分,内部细胞器组分,大分子生物合成过程是GO富集最多的条目。617个差异表达基因参与了192条代谢途径,其中,显著富集的Pathway有20条。富集DEGs较多的是核糖体,植物MAPK信号途径,谷胱甘肽代谢途径,代谢细胞色素外源性物质P450,类黄酮生物合成途径等。(5)q RT-PCR分析表明,茶树喷施草甘膦后,与类黄酮代谢相关键基因(F3’5’H,F3H,DFR,LAR,ANR,UFGT)表达明显下调。而对于和光合作用密切相关的基因(Cab,LHC,PHR2)表达受到抑制。与除草剂代谢相关的三个基因(GST,UGT,ABCC3)比对照在各个时间点上调表达并且都在7d时表达量达到最高,分别达到对照的80.29倍,6.64倍和40.7倍。
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