【摘 要】
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低温胁迫对植物产生的负面影响严重限制了植物的生长发育,地理分布和生产力。辣椒是典型的喜温性蔬菜,缺乏冷驯化机制,对冷应激敏感。开展辣椒耐低温研究,建立辣椒耐冷评价体系,分析其耐低温的分子机制对快速筛选和鉴定耐低温辣椒材料,满足周年均衡供应和实现可持续发展具有重要意义。本研究以耐低温A188和低温敏感A122两种辣椒自交系为材料,分析4℃低温胁迫及短期恢复对辣椒叶片细胞结构,叶片含水量,渗透调节物质
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2018YFD1000800)
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低温胁迫对植物产生的负面影响严重限制了植物的生长发育,地理分布和生产力。辣椒是典型的喜温性蔬菜,缺乏冷驯化机制,对冷应激敏感。开展辣椒耐低温研究,建立辣椒耐冷评价体系,分析其耐低温的分子机制对快速筛选和鉴定耐低温辣椒材料,满足周年均衡供应和实现可持续发展具有重要意义。本研究以耐低温A188和低温敏感A122两种辣椒自交系为材料,分析4℃低温胁迫及短期恢复对辣椒叶片细胞结构,叶片含水量,渗透调节物质含量,羟自由基清除率和抗氧化酶活性等的影响,并通过主成分分析法和隶属函数法对2种辣椒材料进行耐冷指标的筛选和综合评价。同时收集A188和A122处理前(CK),4℃低温胁迫1 h、2 h、12 h及复温1 h的样品进行转录组测序与分析。主要研究结果如下:(1)辣椒幼苗表型观察发现4℃低温可使辣椒幼苗失水萎蔫,甚至造成叶片永久失活。叶片显微结构表明A188的栅栏组织/海绵组织的比值明显高于A122。冷胁迫后,A188叶片细胞有轻微损伤,仍具有栅栏组织和海绵组织的区分;而A122叶片细胞出现结构破坏,细胞膜破裂,栅栏组织和海绵组织消失等不可逆地损伤。(2)低温处理后2种辣椒材料叶片的各项指标均发生了明显的变化。低温胁迫处理,可溶性糖(SS)、可溶性蛋白、脯氨酸(PRO)、抗坏血酸(ASA)的含量,超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶、过氧化氢酶(CAT)的活性和羟自由基的清除率随胁迫时间延长均呈上升趋势,叶片含水量(LWC)、叶绿素(Chl)、Chl a、Chl b含量均呈下降趋势,POD活性和丙二醛(MDA)含量则是先升高后降低;而复温后,可溶性蛋白和PRO含量较处理前上升,LWC、Chl、Chl a以及Chl b的含量较处理前明显下降,而大部分指标基本恢复到处理前水平。(3)生理指标经主成分分析确定PRO、CAT、SS、ASA、LWC及MDA的累积贡献率最大,可作为衡量辣椒耐冷性与品种筛选的主要指标,并通过隶属函数进行综合评价,确定D值,建立了辣椒耐冷评价体系。(4)转录组测序结果表明:在A188和A122中分别鉴定到7333和5953个差异表达基因(DEGs)。GO和KEGG富集结果显示:“细胞氧化还原稳态”和“叶绿体内囊体膜”等GO条目仅在A188中显著富集,并且DEGs显著富集在光合作用、植物激素信号转导和DNA损伤修复相关的通路中。有趣的是,除了一些广泛被报道过的TFs外,我们还发现NF-YB和CPP家族仅在A188中出现显著的差异表达。加权基因共表达网络分析(WGCNA)分析确定了青绿色模块、午夜蓝模块、蓝色模块和棕褐色模块四个相关系数较大的模块,模块核心基因分别富集在代谢通路、植物昼夜节律、剪接体和光合作用中,且确定21个重要核心基因。
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