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文献解读

独脚金内酯调控葡萄芽萌发过程中的激素应答期刊:ScientiaHorticulturae(2.)发表时间:.06

研究背景

在葡萄园夏季管理中,葡萄芽的频繁萌发往往导致繁重的工作。在不同的植物种类中,已发现独脚金内酯(SLs)在调控分枝中起着重要作用。本文研究了独脚金内酯对葡萄芽生长的影响。以葡萄扦插苗为材料,去顶处理为对照组,外源SLs类似物GR24处理为实验组。结果表明,在1号和2号节位上,葡萄芽的生长受到明显的影响,但在去顶后,GR24对其生长有明显的抑制作用。转录组的结果揭示了许多与激素合成和信号转导相关的基因的参与。研究结果为研究和揭示植物激素(IAA、ABA、CTK和BR)对SLs在葡萄分枝调控中的信号通路提供了新的途径。

材料与方法

实验在西北农林科技大学的温室中进行。以赤霞珠葡萄一年生扦插苗为实验材料。用生根粉浸泡根系15min后,将插穗移栽于直径14cm,高10cm的塑料盆中,盆中添加等量的营养基质、菜园土和蛭石(2:2:1)。温度保持在22-27℃,湿度在70%-90%之间,在整个生长期每周灌溉两次。当长出8~10片叶片时,选择强度一致、芽不萌发的扦插苗,进行相同强度的去顶处理。随机分为2组:(1)GR24(处理组),去顶后再行GR24处理;(2)CK(对照组),只去顶。SLs的合成类似物rac-GR24用3%丙酮和0.1%Tween20溶解,稀释至10μM,然后轻轻涂抹至芽;对照组的芽用等量的模拟溶液(丙酮和Tween20等量的蒸馏水)处理。每天上午9:00处理一次,连续5天。每个处理选择35株葡萄,重复3次试验,全部芽混合后进行RNA提取、转录组分析和激素测定。

结果与讨论

1.GR24可抑制葡萄夏芽的伸长去顶后(图1),对照组第一节的顶芽平均长度从处理后第6天开始显著增加,第12天增加到23.44mm,是初始平均长度的14.05倍,而GR24组则明显抑制了芽的伸长,嫩芽的平均长度明显短于对照组(图1A和B)。此外,发现GR24处理12d后,第一节的嫩芽总伸长量比对照组减少,为对照组的72.89%(图1C)。同样,第二节的葡萄嫩芽伸长也受到抑制(图2A和B),抑制程度甚至大于第一节。GR24处理的芽在第二节的伸长量仅达到对照的29.67%,两组间差异显著(图2C)。2.GR24处理可改变葡萄夏芽中的激素水平通过测定葡萄顶芽内源激素ABA、IAA、ZR、BR、JA和GA3的含量,探讨内源激素对GR24处理的反应。ABA含量在前三天较高,然后下降。GR24组的下降率明显低于对照组,含量始终高于对照组(图3A)。对照组IAA含量先降低后升高,第6天最低。GR24组IAA含量下降速度慢于对照组,至第9天达到最低值,然后恢复到与对照组相似的水平。在第3天和第6天检测到显著差异(图3B)。一般来说,ZR和GA3的含量呈上升趋势(图3C,E),GR24处理抑制ZR和GA3的增加,这与同期的对照显著不同。对照组BR含量先上升后下降,GR24处理组BR含量上升缓慢。(图3D)。

3.GR24处理改变了激素合成与信号转导相关基因的表达

通过RNA-seq和基因功能富集分析发现,差异表达基因显著富集于“植物激素信号转导”通路。对这些差异表达基因进一步分析,发现参与IAA、ABA、GA、BR、CTK等信号转导路径的基因均有差异表达(图4)。在生长素信号转导中,共有10个基因表达差异,包括5个AUX/IAA、2个GH3和3个SAURs。在ABA信号转导途径中,有6个基因,包括1个PYR8、2个PP2C和3个SnRK的差异表达,其中PYR的表达增加,而PP2C的表达由去顶诱导,与PYR对PP2C表达的抑制作用一致。在细胞分裂素信号转导中,AHP被上调,两个编码双组分反应调节因子ARR1的基因,即A-ARR和B-ARR被下调,而GR24抑制了这种变化。在BR信号转导中,BES1/BZR1表达下调,而与细胞伸长(TCH4)和细胞分裂(CYCD3)相关的基因均被去顶诱导表达。GR24处理则减弱了这些基因的表达变化。此外,在JA和SA信号转导途径中发现了差异表达基因,表明这两种激素也参与了葡萄芽萌发的调控。

结论

研究结果表明独脚金内酯能有效地抑制葡萄芽的生长,在这一过程中,IAA、ABA、CTK、BR等植物激素相关基因表达均发生变化,导致这些植物激素含量的变化,这些激素可能与独脚金内酯相互作用,调控葡萄芽的生长。因此,需要对独脚金内酯和这些植物激素之间的信号传导介质进行进一步的研究。

GrapeResearch

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