甘草幼苗响应干旱胁迫的光合、抗氧化特性及转录组分析

• 作者: 关思静 王楠 徐蓉蓉 葛甜甜 高静 彭亮 张岗 陈莹
• 来源期刊: 草业科学
• 关键词: 药用植物 胁迫 生理特性 超氧化物歧化酶 过氧化物酶 富集分析 调控网络
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 页码范围: 2176-2190
• 页数: 15页
• 分类号: 文章编号:2020-06471
• 语种: 中文
• DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2020-0647

摘要

为探究乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis)对干旱胁迫的生理及分子响应机制，本研究采用聚乙二醇6000 (polyethylene glycol 6000, PEG-6000)模拟干旱的方法，测定乌拉尔甘草幼苗光合指标和抗氧化酶活性，并进行转录组测序分析。结果表明：干旱胁迫至7 d时，甘草的净光合速率(net photosynthetic rate, Pn)、气孔导度(stomatal conductance, Gs)、蒸腾速率(transpiration rate, Tr)到达最低值。相对叶绿素含量(soil and plant analyzer develotrnent, SPAD)表现为先上升后下降。干旱引起甘草的氧化应激，处理1 d时提高了叶片中过氧化氢酶(catalase, CAT)活性，降低了根中CAT活性。处理7 d时提高了根中过氧化物酶(peroxide, POD)活性，降低了根中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性。转录组分析结果显示，甘草地上部分和地下部分分别有差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs) 7 500和5 298个；基因本体(gene ontology, GO)富集结果表明，地上和地下两部分的DEGs在三大类的分布基本一致，均被显著富集到细胞过程、代谢过程、细胞结构、催化活性、转导活性等功能；京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)代谢途径富集分析表明，地上部分和地下部分DEGs均显著富集在转录因子、蛋白激酶、苯丙烷类生物合成和细胞色素P450等代谢途径。转录调控网络分析预测表明，ERF (ethylene responsive factor)、bHLH (basic helix-loop-helix)、NAC (NAM/ATAF/CUC)、MYB (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)和WRKY 类转录因子可能与甘草次级代谢产物相关基因存在转录调控关系。综上，本研究揭示了干旱胁迫对甘草生理特性的影响，分析了不同部位基因的表达，可为今后研究甘草抗旱机制提供有价值的信息。