油菜响应缺钾胁迫的转录组分析及其CPA家族差异表达基因的鉴定

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合理施用钾肥可以显著提高油菜籽的产量和品质,而钾肥可以显著提高农作物的光合能力,这是钾肥提高作物产量的重要原因。关于钾与作物光合作用的研究已开展了大量的工作,叶绿体和细胞质之间钾离子的再分配与光合作用紧密相关,但其作用机制并不明确。单价阳离子与质子反向转运蛋白(The monovalent cations and proton reverse transport proteins,CPA)介导了细胞及亚细胞间的钾离子的再分配,其中位于叶绿体上的CPA家族基因中的KEA1、KEA2与KEA3对叶片光合作用的影响较大,因此,探索钾素营养对叶片光合作用相关基因和CPA家族基因的表达的影响,有助于理解钾素调控油菜叶片光合作用的生物学机制。本研究利用田间和水培试验,采用转录组学和生物信息学的方法,探究响应缺钾胁迫的光合作用相关差异表达基因和CPA家族差异表达基因,为深入理解钾素调控油菜叶片光合作用的生物学机制提供了关键的支撑。主要结果如下:(1)缺钾胁迫不利于油菜叶片的正常生长,各部位叶片的钾含量和净光合速率降低,下部叶片面对缺钾胁迫时出现的缺钾症状更为明显,一方面下部叶片不同钾处理间差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)的数量多于上部叶片,另一方面缺钾胁迫处理时油菜上下部位叶片间的DEGs的数量多于充足钾处理。初步筛选出101个响应缺钾胁迫的光合作用相关DEGs,包括光系统Ⅱ放氧复合蛋白Psb P基因、铁氧还蛋白辅酶Pet H基因等。(2)比较筛选了106个油菜CPA家族基因基础信息,包括73个CHX家族基因、18个NHX家族基因和15个KEA家族基因。油菜CPA家族基因结构相对保守,不均匀的分布在油菜的41条染色体上。共筛选出12个响应缺钾胁迫的油菜CPA家族DEGs,其在蕾薹期不同钾处理间差异表达。(3)短期缺钾胁迫时拟南芥叶片KEA1的表达无差异,KEA2与KEA3的表达分别下调与上调;长期缺钾胁迫时,KEA1的表达无差异,KEA2的表达下调,KEA3的表达上调;长期缺钾胁迫且恢复钾素供应时,KEA1的表达无差异,KEA2的表达先下调再上调,KEA3的表达先上调再下调。
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