低温胁迫下6种木兰科植物的生理响应及抗寒相关基因差异表达

【摘要】：分析了6种木兰科植物对低温胁迫的生理响应及耐寒相关调控基因HSP90和WRKY33的差异表达,为木兰科植物抗寒机理的研究和抗寒品种的选育提供理论基础。结果表明,6种木兰科植物的低温LT50在-10.64—-22.06℃,从高到低依次为红花深山含笑、峨眉含笑、杂交含笑、阔瓣含笑、六瓣含笑和乐东拟单性木兰;低温过程中,6种木兰科植物叶片可溶性蛋白(SP)、游离脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物歧化酶(POD)活性呈先升高后降低的趋势,可溶性糖(SS)和丙二醛含量(MDA)则不断积累;筛选出REC、MDA、SP、SS和Pro作为6种木兰科植物抗寒性评价的关键指标;聚类分析将6种木兰科植物在抗寒性能上分为强、中、弱三类,分别为乐东拟单性木兰和六瓣含笑,阔瓣含笑、杂交含笑和峨眉含笑,以及红花深山含笑。对HSP90、WRKY33基因的差异表达分析表明,2个基因在6种木兰科植物中的相对表达量呈先升高后降低的趋势,在临近各树种LT 50时,2个基因的表达被强烈抑制且后期表达量不可逆。0℃时,2个基因的表达量差异不显著;-5℃时,2个基因开始被激活,表达量增加;-10℃时,HSP90、WRKY33基因在红花深山含笑叶片中的表达量较-5℃时分别下调了0.76倍和0.68倍,而在其他5个树种中的表达被进一步激活;-15℃时,HSP90和WRKY33基因在抗寒性中等的阔瓣含笑、杂交含笑、峨眉含笑中亦被强烈抑制,较-10℃时分别下调了0.38倍、0.33倍、0.32倍和0.71倍、0.72倍、0.74倍,在抗寒性强的乐东拟单性木兰和六瓣含笑中的表达被进一步激活;-20℃以后,2个基因在6个树种中的表达均被强烈抑制,但在抗寒性最强的乐东拟单性木兰中的表达量仍高于其他5个树种。抗寒基因的激活与表达是影响植物抗寒性的重要因素,抗寒性不同的树种对低温的应答机制明显不同。抗寒性越强的树种越能快速启动低温应答机制,激活抗寒相关基因的表达,进而调整生理生化活动以抵御和适应冷应力。不抗寒树种中抗寒基因的表达则受到抑制,降低了其对低温逆境的耐受能力。