ABA和GA调控三七种子脱水敏感性的分子机制研究

Recalcitrant seeds are the key point of germplasm conservation of medicinal plants. Desiccation sensitivity is the primary reason for their intolerant storage, but the mechanism of desiccation sensitivity of recalcitrant seeds is still unclear. This project aims at the scientific problem of key genes and regulation mechanism of ABA and GA signal transduction pathway related to seed desiccation sensitivity, using medicinal plant—Panax notoginseng as the model, which can produce typical recalcitrant seeds. On the basis of fully excavating the pre-transcriptional data, the key genes in ABA and GA pathway which regulate seed dehydration sensitivity were screened, and the function of these genes and their positions in molecular networks were compared by using physiological and biochemical methods, molecular heredity, transcriptome and other modern biotechnology methods. This research can enrich the mechanism of dehydration sensitivity of recalcitrant seeds and provide theoretical basis for the storage in production and the preservation of germplasm resources of Panax notoginseng seeds.

顽拗性种子是药用植物种质资源保存的重点，脱水敏感性是其不耐贮藏的根本原因。但顽拗性种子的脱水敏感机制至今尚不清楚。因此，本项目针对ABA、GA信号转导途径上种子脱水敏感性相关的关键基因及其调控机制的科学问题，以典型的顽拗性药用植物种子——三七为研究模型，在充分挖掘前期转录组数据的基础上，综合运用生理生化、分子遗传、转录组学等现代生物技术手段，筛选出ABA、GA信号转导途径上调控种子脱水敏感性的关键基因，并对其功能及其在分子网络中的位置进行全面深入的比较研究，以丰富顽拗性种子脱水敏感性的分子机制，从而为三七生产中种子的贮藏及三七种质资源的长期保存提供理论依据。

顽拗性种子是药用植物种质资源保存的重点，脱水敏感性是其不耐贮藏的根本原因。但顽拗性种子的脱水敏感机制至今尚不清楚。因此，本项目针对ABA、GA信号转导途径上种子脱水敏感性相关的关键基因及其调控机制的科学问题，建立了顽拗性药用植物种子——三七的脱水耐和脱水敏感研究模型，发现了低温控湿干藏+冷湿层积的贮藏以及15 mM氯化钙处理+低温控湿干藏两种贮藏方法，综合运用生理生化、转录组学等现代生物技术手段，筛选出了PP2C等15个ABA、GA信号转导途径上调控种子脱水敏感性的关键基因。通过荧光定量 PCR、 组织表达特异性分析和内源激素测定实验进一步筛选出C66673-g1、c71182_g3等4个与脱水敏感性相关的关键基因通过脱水过程中差异代谢组分析，筛选了山奈酚、十六烷基二酸、人参皂苷Ro等差异较大的作为关键的代谢物，有可能在三七种子的脱水过程中起到关键作用。KEGG富集分析表面差异代谢物主要富集在甘油磷脂代谢通路以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成通路。苯丙氨酸可经苯丙氨酸羟化酶催化作用氧化成酪氨酸，并与酪氨酸一起合成重要的蛋白和激素，参与机体糖代谢和脂肪代谢。对三七种子不同部分进行了代谢组分析，筛选了三个含量较高的差异代谢物 G-Rc、G-Rb2和G-Rb3,包括mono - di -和tri-malonyl同分异构体，可能的种子萌发抑制剂。上述研究丰富顽拗性种子脱水敏感性的分子机制，从而为三七生产中种子的贮藏及三七种质资源的长期保存提供理论依据。