【摘要】：芍藥(Paeonia lactiflora Pall.)是我國的傳統(tǒng)名花,也是當前國際市場上新興的高檔切花。目前我國的芍藥切花產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,用于切花生產(chǎn)的品種多從傳統(tǒng)品種中篩選獲得,它們多數(shù)花莖纖細、強度不足,容易造成花頭彎曲、不挺直,嚴重影響切花品質(zhì)。因此,開展芍藥花莖強度形成機理研究對于提高芍藥切花品質(zhì)意義重大。現(xiàn)已明確木質(zhì)素是影響芍藥花莖強度形成的重要化學物質(zhì),但對于它尚缺乏系統(tǒng)深入的研究。本研究以芍藥不同花莖強度品種為材料,觀察了花莖解剖結(jié)構(gòu),分析了花莖木質(zhì)素特征的發(fā)育動態(tài)變化,并基于轉(zhuǎn)錄組測序來篩選芍藥花莖木質(zhì)素合成相關(guān)基因。主要結(jié)果如下:(1)通過對8個不同花莖強度芍藥品種的形態(tài)指標與解剖結(jié)構(gòu)觀測,發(fā)現(xiàn)莖粗與花莖強度呈極顯著正相關(guān),它們之間的花莖微觀結(jié)構(gòu)基本一致。花莖強度高的芍藥品種的維管束數(shù)量、維管束總面積、導管穿孔數(shù)、木質(zhì)部占橫切面的比值、次生細胞壁加厚的細胞層數(shù)和次生細胞壁厚度整體都高于花莖強度低的芍藥品種,并且花莖強度與維管束數(shù)量、維管束總面積、導管穿孔數(shù)、木質(zhì)部占橫切面的比值和次生細胞壁厚均存在極顯著正相關(guān)。此外,通過間苯三酚染色發(fā)現(xiàn)芍藥花莖中木質(zhì)素主要沉積在花莖次生木質(zhì)部細胞壁中,花莖強度高的芍藥品種著色面積更大、顏色更深,這與所測定的木質(zhì)素含量結(jié)果相一致。(2)通過對花莖強度高的芍藥'紅峰'和花莖強度低的芍藥'夕霞映雪'進行比較分析,發(fā)現(xiàn)它們的莖粗、花徑、花重和花莖強度等形態(tài)指標均隨植株發(fā)育不斷增大,并且'紅峰'莖粗與花莖強度一直高于'夕霞映雪'。在解剖結(jié)構(gòu)觀察和組織化學染色中發(fā)現(xiàn),'紅峰'和'夕霞映雪'花莖次生細胞壁隨植株發(fā)育不斷加厚,次生細胞壁加厚的細胞層數(shù)不斷增加,同時花莖細胞壁木質(zhì)化程度、木質(zhì)素分布范圍與數(shù)量也隨植株發(fā)育逐漸增加,并且它們在'紅峰'中均高于'夕霞映雪'。此外,2個品種的花莖木質(zhì)素含量與木質(zhì)素合成相關(guān)酶PAL、C4H、CAD和POD活性在植株發(fā)育過程中均呈上升趨勢,并且'紅峰'高于'夕霞映雪'。(3)通過FTIR和2D-HSQC對 '紅峰'和'夕霞映雪'花莖木質(zhì)素結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),它們的花莖木質(zhì)素均由G-木質(zhì)素、S-木質(zhì)素和H-木質(zhì)素3種類型組成。進一步通過HPLC定量分析發(fā)現(xiàn),2個品種的花莖木質(zhì)素主要由G-木質(zhì)素和S-木質(zhì)素構(gòu)成,并且它們在'紅峰'中含量基本都高于'夕霞映雪';而就S/G比值而言,2個品種的值隨植株發(fā)育不斷增大,并且'紅峰' S/G 比值一直高于'夕霞映雪'。(4)將'紅峰'和'夕霞映雪'盛花期花莖的混樣進行第三代全長轉(zhuǎn)錄組測序,共獲得191336個Polished consensus序列,去冗余后得到113974個轉(zhuǎn)錄本,共有105382(92.46%)個Unigenes被注釋,其中在NR數(shù)據(jù)庫中注釋到103413個,在Pfam數(shù)據(jù)庫中注釋到64611個,在KOG數(shù)據(jù)庫中注釋到68273個,在Swiss-prot數(shù)據(jù)庫中注釋到90856個,在KEGG數(shù)據(jù)庫中注釋到102807個,在GO數(shù)據(jù)庫中注釋到64611個,在NT數(shù)據(jù)庫中注釋到87807個。在此基礎(chǔ)之上,將'紅峰'和'夕霞映雪' 3個發(fā)育時期花莖進行第二代轉(zhuǎn)錄組測序,每個樣品平均產(chǎn)出68.2 M有效reads,比對上芍藥參考基因集的平均比對率為80.25%。通過分別比較'紅峰'和'夕霞映雪' 3個發(fā)育時期花莖的轉(zhuǎn)錄組,在3個時期分別獲得34703、36336和34512個DEGs。(5)采用qRT-PCR技術(shù)對隨機選擇的9個DEGs表達模式進行驗證,發(fā)現(xiàn)它們在'紅峰'和'夕霞映雪3個不同發(fā)育時期花莖中的表達模式與轉(zhuǎn)錄組測序獲得的結(jié)果基本一致。在注釋到的代謝通路中,篩選到1條與木質(zhì)素合成相關(guān)的苯丙烷生物合成途徑,并且找到11 個參與木質(zhì)素合成的 DEGs,包括PAL、C3'H、HCT、F5H、CCoAMOMT、COMT、4C CCCR、C4D和POD。對11個參與木質(zhì)素合成的DEGs表達水平進行可視化展示后發(fā)現(xiàn),它們在芍藥發(fā)育花莖中的表達模式各不相同,并且同一基因不同家族成員也存在多種表達模式。本研究共篩選到表達模式與花莖木質(zhì)素含量趨勢相一致的基因家族成員有:3 個PAL、2 個 C4H、5 個4CL、2 個 1 個 C3'H、1個CCo4(OMT、3個COMT、1個CCR、5個CAD和3個POD,它們的表達水平在2個芍藥品種發(fā)育花莖中均呈上升趨勢,并且'紅峰'中表達水平均高于'夕霞映雪'。
【圖文】：

同類型的單體通過聚合形成３種不同類型的木質(zhì)素，即：由香豆醇基聚合而成的對－羥基苯逡逑基木質(zhì)素（Ｈ－木質(zhì)素）、由松柏醇基聚合而成的愈創(chuàng)木基木質(zhì)素（Ｇ－木質(zhì)素）和由芥子醇逡逑基聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素（Ｓ－木質(zhì)素）（圖１－１）陰１。逡逑ＣＨ３ＯＨ邐ＣＨ３ＯＨ邐ＣＨ３ＯＨ逡逑ｒＳ邐0邐ｒＳ逡逑ＯＨ邐ＯＨ邐ＯＨ逡逑肉桂醇邐松柏醇邐芥子醇逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑ｒＳ邐ｒＳ逡逑ＯＨ邐ＯＨ邐ＯＨ逡逑苯羥基（Ｈ）邐愈創(chuàng)木基（Ｇ）邐紫丁香基（Ｓ）逡逑圖１－１植物木質(zhì)素的類型【３５】逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｌｉｇｎｉｎ邋ｔｙｐｅｓ邋ｉｎ邋ｐｌａｎｔｓ逡逑在植物中，木質(zhì)素含量一般在１５％？３６％之間而不同類型植物中含有的３種木質(zhì)逡逑素單體含量并不相同。一般而言，，裸子植物中主要為Ｇ－木質(zhì)素，含有微量Ｓ－木質(zhì)素和少量逡逑Ｈ－木質(zhì)素；雙子葉植物中主要為Ｇ－木質(zhì)素和Ｓ－木質(zhì)素，含有極微量Ｈ－木質(zhì)素；單子葉植逡逑物（草本植物）中含有Ｇ－木質(zhì)素、Ｓ－木質(zhì)素和少量Ｈ－木質(zhì)素。對裸子植物挪威云杉研宄逡逑發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素硫代酸解產(chǎn)物中只檢測到Ｇ－木質(zhì)素ｔ３７］。通過對雙子葉植物丹參進行研[�，发辶x舷鄭牽局仕睪停櫻局仕睪扛嘰錚玻埃罰埃插澹媯椋恚錚歟綰停保福福叮村澹擼椋恚錚歟紓齲局仕睪考�，辶x

本文編號：2641360