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甘肃地方桃资源抗寒性评价及其对低温胁迫的响应机制

【摘要】:桃(Prunus persica)原产中国,是我国主要栽培水果之一,目前,生产上所用品种80%以上为我国自主选育,但栽培品种在寒冷地区经常遭遇冬季低温冻害,温度成为制约桃树安全越冬的关键因子。甘肃省是桃的原产地之一,桃树资源丰富且种类繁多,是我国桃树种质资源保存、演化、栽培的重要地区。甘肃境内的河西走廊地区冬季严寒而漫长,土壤冻结时间长,平均绝对最低温度-30℃左右、最低温度-35℃;长期的自然选择与人工栽培形成了一批抗寒性强的桃资源类型,是桃品种改良、增强抗性育种的宝贵种质材料。本研究采用人工低温胁迫(-5℃对照、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃和-40℃)条件下的生理生化指标测定,明确桃低温胁迫条件下的生理生化响应,结合对叶片、枝条的解剖结构进行切片和显微观察、分析建立了桃抗寒性综合评价体系;对28份地方桃资源(品种)的抗寒性进行综合评价,运用隶属函数法筛选出抗寒性极强的甘肃桃地方种质资源;利用高通量测序,在转录组水平分析了其响应低温胁迫的分子机制,并利用qRT-PCR对候选差异基因进行验证和分析,深入解析甘肃地方桃资源的抗寒机制。主要研究结果如下:1、以不同生态栽培区的9个不同类型的桃品种为试材,低温胁迫条件下一年生枝条的电导率随着温度的降低而升高,呈“S”形曲线变化;测定电导率配合Logistic方程变化曲线拟合,求得各品种低温半致死温度(LT50),可作为桃树抗寒性鉴定评价的重要指标。LT50与电解质渗出率、丙二醛(MDA)的含量呈极显著正相关,相关系数分别为:0.894和0.863;与可溶性糖(SS)、可溶性蛋白质(SP)和游离脯氨酸(Pro)的含量呈极显著负相关,相关系数分别为:-0.894、-0.721和-0.863;与CAT活性呈显著负相关,相关系数为:-0.529;但与POD和SOD活性相关性不显著。REC、SS、SP、MDA、Pro和CAT均可以作为抗寒性的评价的参考指标。2、28份桃资源(品种)的半致死温度(LT50)在-28.22℃~-17.22℃之间,其中LT50在-25~-20℃之间的资源为20份、占71.43%。甘肃地方资源‘丁家坝李光桃’LT50最低,为-28.22℃。LT50测定结果与自然条件下田间调查各品种的抗寒性基本吻合。3、28份桃资源(品种)生长季(6月份)叶片和休眠期(1月份)一年生枝条切片观察表明:叶片解剖结构与资源的抗寒性无显著相关性;一年生枝条LT50与木质部厚度、木栓层厚、木栓层比率以及木皮比呈极显著负相关,相关系数分别为-0.694、-0.741、-0.822和-0.814;与木质部比率呈显著负相关,相关系数为-0.678,与皮层比率呈显著正相关,相关系数为0.657。枝条结构组织中,木栓层比率和木皮比与抗寒性极显著相关并显著性最高,可以作为抗寒性评价的参考指标。4、通过对28份桃资源(品种)-25℃低温胁迫下生理生化指标和生态适应性指标测定,采用隶属函数法综合评价其平均隶属度介于0.17~0.61之间,甘肃地方资源‘丁家坝李光桃’平均隶属度为0.61,抗寒性最强。5、构建了不同低温处理下(-5℃、-15℃、-25℃和-35℃)丁家坝李光桃一年生枝条韧皮部的转录组文库,获得了890个差异表达基因,其中,上调表达基因693个,占总差异基因的77.9%,下调表达基因197个,占总差异基因的22.1%。通过比对分析,与信号转导相关、激素调控、碳水化合物和脂质代谢的DEGs显著富集;筛选获得的890个差异表达基因中有124个DEGs,为抗寒相关的转录因子,最大的基因家族为ERF基因家族(21个DEGs),其次为MYB(5个DEGs)和NAC(5个DEGs)。挑选15个差异表达基因进行qRT-PCR验证,结果表明qRT-PCR与RNA-Seq结果极显著相关,转录组数据可靠。明确了甘肃省地方桃资源“丁家坝李光桃”抗寒相关基因表达水平与低温逆境的生理响应之间的关系,解析了其低温胁迫响应和抗寒机制。

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