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马铃薯块茎休眠萌芽除受多种外部的因素影响外,还与其内部的遗传基础和代谢活动密切相关。其中,内源激素的代谢改变是重要信号和关键影响因子。目前对影响马铃薯休眠萌芽的内源激素代谢机理尚无系统阐释,激素间相互关系对马铃薯休眠萌芽调控的作用机制不明,导致人工调控马铃薯休眠萌芽相关技术进步迟缓,严重制约了马铃薯的生产、加工及有效利用。
本研究通过对项目组前期获得的马铃薯休眠、萌芽和抑芽剂处理状态下的转录组学数据分析发现:IAA、CTK、GA激素信号转导基因在马铃薯萌芽状态时表达量升高,而ABA激素信号转导基因在马铃薯休眠时高表达,还新发现,BR合成关键基因SMO1和BSK在马铃薯萌芽状态中显著上调,抑芽剂处理显著抑制了BR合成和信号转导因子的表达,表明BR与马铃薯萌芽调控有密切关系。对ETH信号转导在马铃薯三个状态下的变化分析发现,ETH信号转导与各内源激素有密切互作关系。
为深入探讨BR对马铃薯萌芽作用以及对外界环境的响应情况,初步确定ETH与马铃薯休眠及内源激素间的互作关系,继续开展了以下实验:1.低温处理对温度敏感性不同的马铃薯费乌瑞它和米拉品种,分析BR合成及信号转导通路关键基因的相对表达量变化情况,明确BR对马铃薯休眠萌芽的作用及其信号通路对低温环境的应答;2.采用外源ETH处理,检测马铃薯顶芽组织和顶芽周围薯皮的内源ABA、IAA和CTK激素及其代谢产物含量变化,确定马铃薯休眠萌芽过程中不同部位内源激素代谢水平,探索马铃薯休眠过程中ETH与各内源激素互作关系。相关研究结果如下:
(1)BR合成及信号转导基因表达量随马铃薯萌芽而升高,表明BR能够促进马铃薯萌芽;并且发现BR信号转导与温度有密切关系,BR信号转导基因甲基甾醇单加氧酶基因SMO1、信号转导激酶基因BSK和信号激活因子细胞周期蛋白基因CYCD3在不同马铃薯品种中对温度的响应差异显著。
(2)ETH信号可抑制马铃薯顶芽组织中ABA分解代谢途径中的红花菜豆酸(PA)还原成二氨红花菜豆酸(DPA),造成PA在马铃薯芽组织中大量积累,从而导致ABA含量升高;除此之外,外源ETH还能促进马铃薯中反式玉米素(tZ)形成没有活性的反式玉米素-0-葡萄糖基(tZOG),从而降低亿在马铃薯顶芽组织和薯皮含量,进而达到延长马铃薯休眠的效果。
(3)外源ETH可以抑制IAA和CTK在芽萌动状态下马铃薯顶芽组织中含量,从而达到延长马铃薯休眠时间的目的。
(4)在马铃薯休眠萌芽过程中,ABA和CTK含量变化在顶芽组织和薯皮组织中的趋势相反,证明ABA和CTK在薯皮和顶芽中存在信号反馈调节。
本研究通过对项目组前期获得的马铃薯休眠、萌芽和抑芽剂处理状态下的转录组学数据分析发现:IAA、CTK、GA激素信号转导基因在马铃薯萌芽状态时表达量升高,而ABA激素信号转导基因在马铃薯休眠时高表达,还新发现,BR合成关键基因SMO1和BSK在马铃薯萌芽状态中显著上调,抑芽剂处理显著抑制了BR合成和信号转导因子的表达,表明BR与马铃薯萌芽调控有密切关系。对ETH信号转导在马铃薯三个状态下的变化分析发现,ETH信号转导与各内源激素有密切互作关系。
为深入探讨BR对马铃薯萌芽作用以及对外界环境的响应情况,初步确定ETH与马铃薯休眠及内源激素间的互作关系,继续开展了以下实验:1.低温处理对温度敏感性不同的马铃薯费乌瑞它和米拉品种,分析BR合成及信号转导通路关键基因的相对表达量变化情况,明确BR对马铃薯休眠萌芽的作用及其信号通路对低温环境的应答;2.采用外源ETH处理,检测马铃薯顶芽组织和顶芽周围薯皮的内源ABA、IAA和CTK激素及其代谢产物含量变化,确定马铃薯休眠萌芽过程中不同部位内源激素代谢水平,探索马铃薯休眠过程中ETH与各内源激素互作关系。相关研究结果如下:
(1)BR合成及信号转导基因表达量随马铃薯萌芽而升高,表明BR能够促进马铃薯萌芽;并且发现BR信号转导与温度有密切关系,BR信号转导基因甲基甾醇单加氧酶基因SMO1、信号转导激酶基因BSK和信号激活因子细胞周期蛋白基因CYCD3在不同马铃薯品种中对温度的响应差异显著。
(2)ETH信号可抑制马铃薯顶芽组织中ABA分解代谢途径中的红花菜豆酸(PA)还原成二氨红花菜豆酸(DPA),造成PA在马铃薯芽组织中大量积累,从而导致ABA含量升高;除此之外,外源ETH还能促进马铃薯中反式玉米素(tZ)形成没有活性的反式玉米素-0-葡萄糖基(tZOG),从而降低亿在马铃薯顶芽组织和薯皮含量,进而达到延长马铃薯休眠的效果。
(3)外源ETH可以抑制IAA和CTK在芽萌动状态下马铃薯顶芽组织中含量,从而达到延长马铃薯休眠时间的目的。
(4)在马铃薯休眠萌芽过程中,ABA和CTK含量变化在顶芽组织和薯皮组织中的趋势相反,证明ABA和CTK在薯皮和顶芽中存在信号反馈调节。