【摘 要】
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蒲公英为菊科蒲公英属植物蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.Mazz.)、碱地蒲公英(Taraxacum borealisinense Kitam.)或同属数种植物的干燥全草,种类繁多,具有清热解毒的功效,经济利用价值高,需求量逐年增加。药用蒲公英(Taraxacum.officinale F.H.Wigg.)是中药材蒲公英的基原植物之一,是重要的药食与观赏植物。药用蒲公英
【基金项目】
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国家重点研发计划项目:高品质道地药材恒山黄芪、潞党参、北柴胡生态种植示范研究(2019YFC1710800); 山西省高等学校教学改革项目(J2015028,J2017031); 山西省基础研究计划项目(201801D121204);
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蒲公英为菊科蒲公英属植物蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.Mazz.)、碱地蒲公英(Taraxacum borealisinense Kitam.)或同属数种植物的干燥全草,种类繁多,具有清热解毒的功效,经济利用价值高,需求量逐年增加。药用蒲公英(Taraxacum.officinale F.H.Wigg.)是中药材蒲公英的基原植物之一,是重要的药食与观赏植物。药用蒲公英生产受温度影响较大,如春季“倒春寒”、夏季高温等极端天气,直接影响其产量与品质。此外,蒲公英属植物形态特征相似,种间界限难以划分,药用蒲公英成熟植株无法从现有分类要点进行鉴定。本文对药用蒲公英“铭贤1号”幼苗进行低温(4℃)和高温(38℃)胁迫试验,探究幼苗在温度胁迫下的生理响应与相关温度响应基因表达,并对温度响应关键基因进行基因克隆和生物信息学分析,为解析其温度响应机制奠定基础;研究蒲公英属植物亲缘进化关系,为药用蒲公英种质鉴定提供依据。结果如下:1.对药用蒲公英幼苗进行不同时间的温度胁迫试验,结果表明,温度胁迫下,药用蒲公英幼苗形态发生明显变化,表现为叶色失绿、叶缘卷曲、植株萎蔫等特征。低温胁迫下,药用蒲公英幼苗叶片亚显微结构遭到明显破坏,具体为:叶绿体和液泡膜逐渐溶解,淀粉粒、线粒体数量增加,胞质分离明显,细胞质出现未知的双层膜结构;高低温胁迫下,药用蒲公英叶片POD活性、CAT活性、ETR及NPQ均呈先升高后降低趋势,MDA含量和相对电导率均升高,Fv/Fm、Fv/Fo以及ΦPSII整体呈下降的趋势。低温胁迫下,SOD和脯氨酸整体呈升高趋势,Fo先升高后降低;而高温胁迫下,SOD活性波动降低,脯氨酸先升高后降低,Fo整体呈先下降后上升趋势。温度胁迫影响药用蒲公英正常生长,降低光合能力,损伤生物膜系统,此时细胞内部的保护酶活性增加且主动累积脯氨酸。2.利用RT-qPCR以及3种软件对药用蒲公英温度胁迫的内参基因进行筛选,确定了2个最适内参基因组合18S和GAPDH。3.利用RT-qPCR检测了温度胁迫下药用蒲公英温度响应基因的表达水平,结果显示,与对照组相比,药用蒲公英AP2/ERF、HSF、Glos、HSP、NAC、XCT基因在低温和高温胁迫下均为先上调后下调,b ZIP、NTL6在温度胁迫下波动变化,Dof、ICE1、MYB基因在低温胁迫中先上调后下调,高温胁迫下持续下调,高温胁迫下WRKY表达量远远高于低温胁迫。依据基因表达量推测,药用蒲公英低温和高温胁迫的响应机制存在差异,AP2/ERF、Dof主要响应低温胁迫,HSF、XCT、WRKY主要在高温胁迫中起作用。对药用蒲公英温度响应关键基因进行克隆及生物信息学分析,获得5个基因的全长CDS序列,结果表明,5个基因的编码蛋白质均为亲水性蛋白,磷酸化位点均为丝氨酸>苏氨酸>酪氨酸,药用蒲公英To_Dof蛋白亚细胞定位预测在细胞外,To_HSF在细胞质,其余3种蛋白均定位于细胞核;系统进化分析显示,To_AP2/ERF蛋白与水稻AP2/ERF蛋白相似度高,To_Dof与向日葵Dof蛋白相似度高,To_HSF与橡胶树HSF蛋白相似度高,To_XCT与莴苣XCT蛋白相似度高,To_WRKY与辣椒WRKY蛋白相似度高。4.为探究药用蒲公英与其他蒲公英属植物的亲缘关系,利用核型似近系数聚类分析方法对13种蒲公英属植物核型参数进行分析。结果表明,药用蒲公英的进化程度较其他蒲公英属植物低,其与蒲公英核型似近系数最大,为0.7557,遗传距离为0.2801,亲缘关系最近。当核型似近系数接近0.6960时,13种蒲公英可以聚为4大类群;当核型似近系数接近0.4641时,13种蒲公英共属一类。
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