中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (14): 2827-2846.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.14.011
徐明睿(), 王晓娟, 杨亚莉, 马越飞, 刘万茂, 孙颖*(
)
收稿日期:
2023-12-22
接受日期:
2024-05-20
出版日期:
2024-07-16
发布日期:
2024-07-24
通信作者:
联系方式:
徐明睿,E-mail:xumingrui@stu.nxu.edu.cn。
基金资助:
XU MingRui(), WANG XiaoJuan, YANG YaLi, MA YueFei, LIU WanMao, SUN Ying*(
)
Received:
2023-12-22
Accepted:
2024-05-20
Published:
2024-07-16
Online:
2024-07-24
摘要:
【目的】 探究辣椒幼苗在不同梯度磷胁迫下的转录水平及生理响应的变化,分析不同梯度磷胁迫的重要通路,并结合相关生理试验分析辣椒应对磷营养逆境的生理机制,筛选出调控磷营养逆境的转录因子及核心基因,为辣椒选育提供理论基础和基因资源。【方法】 本研究以纯系辣椒CA#8幼苗根系为试验材料,采用霍格兰水培法培养至四叶一心期进行4个不同梯度磷胁迫处理,分别为对照组(CK,200 μmol·L-1 NH4H2PO4)、缺磷胁迫组(DP,0 μmol·L-1 NH4H2PO4)、低磷胁迫组(LP,20 μmol·L-1 NH4H2PO4)和高磷胁迫组(HP,1 000 μmol·L-1 NH4H2PO4)。处理2 d后对辣椒根系进行转录组测序(RNA-Seq),并在处理0、2、4和6 d后测定辣椒根系内源激素和抗氧化酶活性。【结果】 与CK组对比,DP、LP、HP组的差异表达基因(DEG)分别为626、107、171个,通过GO、KEGG富集分析和WGCNA分析发现10个与磷信号途径相关的DEG,4个与植物激素信号转导途径相关的DEG,7个与抗氧化酶活性相关的DEG,并进行实时荧光定量(qRT-PCR)验证了转录组数据的准确性。对辣椒幼苗根系内源激素定量测定发现,随着磷胁迫时间的增加,与CK组对比,DP、LP、HP组幼苗根系内各种生长促进类的植物内源激素如赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)、细胞分裂素(CTK)、吲哚乙酸(IAA)、独脚金内酯(SL)、茉莉酸(JA)含量降低,生长抑制类激素如乙烯(ETH)、脱落酸(ABA)含量上升。其中,缺磷胁迫和低磷胁迫表现最为明显,对幼苗根系生长的抑制程度最大。不同梯度磷胁迫处理能够诱导辣椒组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性升高,胁迫后期SOD活性下降,POD和CAT活性趋于稳定。【结论】 磷营养逆境下,辣椒通过响应磷信号途径、植物激素信号转导途径及抗氧化酶活性相关的差异表达基因,缓解了磷胁迫对辣椒幼苗生长的影响,增强了辣椒对磷胁迫的耐受性。
徐明睿, 王晓娟, 杨亚莉, 马越飞, 刘万茂, 孙颖. 基于转录组学分析辣椒对磷营养逆境的响应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(14): 2827-2846.
XU MingRui, WANG XiaoJuan, YANG YaLi, MA YueFei, LIU WanMao, SUN Ying. Transcriptomics-Based Analysis of Pepper Responses to Phosphorus Nutritional Stress[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(14): 2827-2846.
表1
实时荧光定量PCR引物序列"
基因分类 Gene classification | 基因名称 Gene name | 基因ID Gene ID | 正向引物 Forward primer (5´-3´) | 反向引物 Reverse primer (5´-3´) |
---|---|---|---|---|
内参基因 Internal reference gene | CaActin | LOC107850541 | AGTGGTCGTACAACTGGTATTG | GCAAGATCCAAACGAAGAATGG |
磷信号相关基因 Phosphorus signaling related genes | CaSPX3 | LOC107857225 | AAGAGTGTGAAAGCACCATAGA | CTTCACCTGCAGCTCCTATTT |
CaSPX2 | LOC107840775 | AGAGCACCATATCCGCTTTAC | CCAGGTATCTTCGAGTCCACTA | |
CaSPX1 | LOC107863810 | ACTCAGTGGCGAGCTTATTC | TGGCTCAGTTTGGTACAAGAG | |
CaPHO1;H1 | LOC107848491 | ACACGCGGAGAAGATGATTC | AGCATGTTCAAGGTCCGATAAG | |
CaPHO1;H10 | LOC107848334 | CTCATGGAAGACAGGGTTCTAC | GTGAATCAGTCTCTCCGTTCTC | |
CaPht1;9 | LOC107866766 | CATCGCAGGTATGGGCTTATT | CCGTTGGCGATCTGTAGTAAAT | |
CaPht1;4 | LOC107868451 | TCCGGACTCTCCTTTGGTAATA | CGTGGCCGATAAAGGGTAAT | |
CaPAP2 | LOC107866942 | GGAGATGGAGGAAATCAAGAAGG | TCCAATATACCGTGCCCAAAG | |
CaPAP15 | LOC107864505 | GGACCTGGCTAATGTTGATAGG | CGATAGTGTGCCGTGTAAGTAG | |
CaPAP16 | LOC107872241 | GGGAGCTAGGATTCTGGAGATA | GCTTGCCGTAGAGCTCAATA | |
抗氧化酶活性相关基因 Antioxidant enzyme activity related genes | CaPER44 | LOC107847017 | GTACGAGGATACGAGCTGATTG | CCTTCCTGTGGGTATGTTGTAG |
CaPER41 | LOC107850917 | AGGAGATGGTTGTGTTGACTG | GGTTCATTGTTGGATCAGCATTAG | |
CaPER55 | LOC107860772 | GCTGAAGGGCAACTAGAAGAG | AGACGCAAAGTAGCTGGAATAG | |
CaPER7 | LOC107861283 | TGTCCGACGTTGGAAAGTATAG | CTAACGAAGCAGTCATGGAAATG | |
CaSODB | LOC107873354 | TGCTCACGATAGACGTTTGG | ATGACACGAGCTTCTCCATAAA | |
CaGRXC6 | LOC107871022 | GGTGGTGGTATGGATGAGATG | GGAACAAGTCCACCACTTAGAT | |
CaGRXS3 | LOC107874941 | TTTCTGCTCTCGGCTGTAATC | TGATCTCACTTTCTCCACCAAC | |
植物激素信号转导相关基因 Phytohormone signaling related genes | CaAUX22D | LOC107863844 | GCCACCAGTTCGATCTTACA | AAGGTGCTCCATCCATACTAAC |
CaPIF4 | LOC107878077 | GTGGATCGGGCAGTAGTTATG | TACTCTGGCATTCTGGTTCTTC | |
CaCYP707A1 | LOC107859996 | GTACCAGGGAATCTGGGAATAC | GCCGGAGTCTAACAAAGTCATA | |
CaSAUR36 | LOC107857408 | GTCGGGTCGAAATTGATGGA | TGAAGTAAACCACAGGCACTAA |
表2
转录组测序数据质量评估统计表"
样品名称 Sample | 原始序列数 Raw reads (M) | 原始序列长度 Raw bases (G) | 高质量序列数 Clean reads (M) | 高质量序列长度 Clean bases (G) | 比对到参考基因组 Mapped reads (%) | Q30 (%) | GC (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
CK1 | 51.10 | 7.36 | 48.96 | 7.05 | 95.80 | 96.58 | 42.98 |
CK2 | 50.57 | 7.31 | 48.63 | 7.03 | 96.17 | 96.89 | 43.10 |
CK3 | 50.69 | 7.27 | 48.35 | 6.93 | 95.38 | 96.54 | 43.09 |
DP1 | 50.25 | 7.24 | 48.13 | 6.93 | 95.76 | 96.75 | 43.15 |
DP2 | 50.63 | 7.28 | 48.37 | 6.95 | 95.54 | 96.85 | 43.25 |
DP3 | 50.37 | 7.22 | 47.98 | 6.87 | 95.25 | 96.90 | 43.24 |
HP1 | 50.65 | 7.31 | 48.62 | 7.01 | 96.00 | 96.87 | 43.14 |
HP2 | 50.99 | 7.28 | 48.35 | 6.90 | 94.82 | 95.27 | 43.27 |
HP3 | 51.53 | 7.38 | 49.02 | 7.02 | 95.15 | 96.82 | 43.14 |
LP1 | 48.92 | 7.04 | 46.85 | 6.75 | 95.77 | 96.80 | 43.20 |
LP2 | 51.66 | 7.37 | 49.00 | 6.99 | 94.85 | 96.70 | 43.18 |
LP3 | 50.80 | 7.32 | 48.66 | 7.01 | 95.79 | 96.59 | 43.21 |
[1] |
|
[2] |
doi: 10.3389/fpls.2011.00083 pmid: 22645553 |
[3] |
刘芳朋, 张立军, 谷俊涛, 李小娟, 郭程谨, 路文静, 肖凯. 小麦磷转运蛋白基因TaPT4的克隆和表达分析. 河北农业大学学报, 2012, 35(3): 1-7.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
庄得凤, 王成, 包金花, 杜晓燕. 低温胁迫下单瓣黄刺玫抗氧化酶活性及相关基因表达. 东北林业大学学报, 2023, 51(4): 89-92, 107.
|
|
|
[7] |
|
[8] |
doi: 10.1093/pcp/pcaa168 pmid: 33399863 |
[9] |
刘潮, 褚洪龙, 吴丽芳, 唐利洲, 韩利红. 植物磷稳态的调控机制. 生物技术通报, 2022, 38(2): 184-194.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0472 |
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2021-0472 |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
doi: 10.1093/jxb/ers131 pmid: 22615140 |
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
刘娅惠, 徐瑾, 雷蕾, 万一, 曾立雄, 肖文发. 不同磷质量分数下马尾松幼苗根的生理生化特征. 浙江农林大学学报, 2023, 40(1): 126-134.
|
|
|
[24] |
姚明华, 尹延旭, 王飞, 李宁, 焦春海, 赵家昱. 中国加工辣椒育种现状与发展对策. 湖北农业科学, 2015, 54(11): 2569-2573.
|
|
|
[25] |
周磊, 邓丹丹, 刘丽萍, 刘冬梅. 辣椒素的生物活性作用机制及相关研究进展. 商丘师范学院学报, 2023, 39(12): 40-43.
|
|
|
[26] |
doi: 10.1093/bioinformatics/bty560 pmid: 30423086 |
[27] |
doi: 10.1038/nmeth.3317 pmid: 25751142 |
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
闫国超, 樊小平, 谭礼, 尹昌, 梁永超. 盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(11): 1935-1943.
|
|
|
[35] |
邓美菊, 王飞, 毛传澡. 植物磷酸盐转运体及其分子调控机制. 植物生理学报, 2017, 53(3): 377-387.
|
|
|
[36] |
|
[37] |
doi: 10.1007/s00018-012-1090-6 pmid: 22899310 |
[38] |
邓宏颖, 王园圆, 郭京豪. 植物对磷元素的吸收与利用. 乡村科技, 2022, 13(14): 71-75.
|
|
|
[39] |
|
[40] |
宋倩. 基于多维组学数据分析挖掘并验证拟南芥PHO1;H10基因功能[D]. 北京: 中国农业大学, 2018.
|
|
|
[41] |
李万, 李成, 程敏, 吴芳. 磷转运蛋白StPHO1.2提高马铃薯耐热性. 作物学报, 2024, 50(2): 394-402.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.34064 |
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.34064 |
|
[42] |
|
[43] |
|
[44] |
|
[45] |
doi: 10.1093/jxb/erad326 pmid: 37611151 |
[46] |
doi: 10.1126/science.aad9858 pmid: 27080106 |
[47] |
|
[48] |
|
[49] |
doi: 10.1104/pp.109.147918 pmid: 19955264 |
[50] |
doi: 10.1242/jeb.089938 pmid: 24353205 |
[51] |
doi: 10.1093/aob/mct229 pmid: 24136877 |
[52] |
doi: 10.1007/s00299-013-1441-2 pmid: 23584548 |
[53] |
doi: 10.3389/fpls.2016.01281 pmid: 27621739 |
[54] |
|
[55] |
|
[56] |
王东岭. ABA代谢关键基因调控桃休眠的分子机制研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2016.
|
|
|
[57] |
pmid: 20666721 |
[58] |
|
[59] |
doi: S0176-1617(18)30098-1 pmid: 29698912 |
[60] |
|
[61] |
李艳艳, 齐艳华. 植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展. 植物学报, 2022, 57(1): 30-41.
doi: 10.11983/CBB21168 |
|
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
doi: 10.1016/j.molp.2015.05.003 pmid: 25983207 |
[65] |
|
[66] |
|
[67] |
doi: 10.1038/ncb2545 pmid: 22820378 |
[68] |
赵小刚, 隋心意, 温祥珍. PIF4转录因子调控植物热形态建成研究进展. 植物生理学报, 2022, 58(3): 492-500.
|
|
|
[69] |
张婉月. PIF4和HY5通过调控DWF4和CPD的表达调节油菜素甾醇的合成[D]. 沈阳: 沈阳大学, 2022.
|
|
|
[70] |
|
[71] |
|
[1] | 戚仁洁, 宁宇, 刘静, 刘之洋, 徐海, 罗志丹, 陈龙正. 基于转录组测序的苦瓜皂苷合成相关基因的鉴定和分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1779-1793. |
[2] | 林蔚, 吴水金, 李跃森. 转录组和蛋白质组关联分析解析巴西蕉幼苗响应低温的分子机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1575-1591. |
[3] | 高晨曦, 郝陆洋, 胡悦, 李永祥, 张登峰, 李春辉, 宋燕春, 石云素, 王天宇, 黎裕, 刘旭洋. 干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1034-1048. |
[4] | 廖宏娟, 谭佳思, 张志斌, 余璟蓉, 张馨月, 江玉梅, 朱笃. 球毛壳菌小麦秸秆发酵产物抑制辣椒疫霉的稳定性及机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 500-513. |
[5] | 路露, 李一诺, 张修国, 高丹美, 吴凤芝. 小麦和蚕豆填闲及其腐解液对连作辣椒幼苗生长及疫病的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4541-4552. |
[6] | 韩旭东, 杨传奇, 张擎, 李亚伟, 杨夏夏, 何佳甜, 薛吉全, 张兴华, 徐淑兔, 刘建超. 玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4175-4191. |
[7] | 马荆鄂, 熊信威, 周敏, 吴斯琪, 韩甜, 饶友生, 王樟凤, 许继国. 基于垂体全长转录组测序分析鸡睾丸性状相关基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4130-4144. |
[8] | 尹军良, 李婧怡, 韩硕, 杨培华, 马佳伟, 刘奕清, 胡海骏, 朱永兴. 生姜NHX基因家族成员鉴定及其在硅缓解盐胁迫中的表达特征[J]. 中国农业科学, 2024, 57(19): 3848-3869. |
[9] | 陈菲儿, 张志鹏, 蒋庆雪, 马琳, 王学敏. 紫花苜蓿MsSPL17的克隆及生物学功能验证[J]. 中国农业科学, 2024, 57(17): 3335-3349. |
[10] | 刘桐, 王志荣, 李伟, 刘洋, 王祥儒, 赖弟利, 何毓琦, 张凯旋, 赵振军, 周美亮. 苦荞bHLH93转录因子响应铝胁迫的功能研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3127-3141. |
[11] | 陈文杰, 陈渊, 韦清源, 汤复跃, 郭小红, 陈淑芳, 覃夏燕, 韦荣昌, 梁江. 利用高世代转录组测序挖掘控制南方大豆皱叶症候选基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 2914-2930. |
[12] | 何勇, 范晓珠, 陈新月, 段书静, 胡婷婷, 谢如雪, 王宇晴, 陈静. 利用酵母双杂交系统筛选与辣椒轻斑驳病毒126 kDa蛋白互作的辣椒寄主因子[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 2986-2996. |
[13] | 蔚书涵, 秦小杰, 吴其超, 李玲, 臧德奎, 马燕. 芍药响应细极链格孢侵染的转录组分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 3035-3052. |
[14] | 徐梦雨, 王佳洋, 王江波, 唐雯, 陈一恒, 上官凌飞, 房经贵, 卢素文. 不同葡萄种质果皮中香气物质含量及基因表达的差异分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(13): 2635-2650. |
[15] | 高成安, 万红建, 叶青静, 程远, 刘晨旭, 何勇. 加工型/鲜食型辣椒不同成熟期果实比较代谢组学分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(12): 2424-2438. |
|