水杨酸和过氧化氢在金沙柚耐铝性中的作用机制研究

Aluminum (Al) toxicity is one of the most important factors affecting citrus degeneration. Some mainly citrus cultivars are sensitive to Al toxicity and easily suffered aluminum toxicity. Improving the nutrition genetic traits and breeding the Al tolerance citrus base on the physiological and biochemical theory and molecular mechanism of Al tolerance. Previous research indicated that Jinsha pomelo could significantly reduce the Al toxicity inhibiting the growth of root after pre-treatment by salicylic acid and hydrogen peroxide under Al stress. However, the relationship between these signaling molecular and Al tolerance, and its regulation mechanisms are still not clear. In this study, we will use the Al sensitive Jinsha pomelo seedlings as material, analysis the mechanism of salicylic acid and hydrogen peroxide associating with Al tolerance, and interpret its signaling pathways on mediating Jinsha pomelo under Al stress by the morphological and physiological experiments, transcriptome sequencing and gene expression. The roles and mechanism of Al tolerance on salicylic acid and hydrogen peroxide in pomelo seedlings will be clear and definite and provide a theoretical basis for the genetic improvement of aluminum tolerance traits through the research.

铝毒是柑橘出现品种退化的重要因素。生产中有些主栽品种耐铝性差，容易受到铝的毒害。明确柑橘耐铝的生理和分子机理，是营养性状遗传改良和耐铝品种选育的重要前提。前期研究中发现，不耐铝的金沙柚幼苗经信号分子水杨酸和过氧化氢预处理在铝胁迫下，可明显减轻铝毒对根生长的抑制。但水杨酸和过氧化氢与植物耐铝性的关系和调控机制还不清楚。本研究以铝敏感的金沙柚幼苗为材料，从形态、生理、转录组、基因表达等方面研究水杨酸和过氧化氢与金沙柚耐铝性的相关性，阐释水杨酸和过氧化氢介导金沙柚铝胁迫的信号转导过程和调控作用机制。通过上述研究，探明水杨酸和过氧化氢作为信号分子在金沙柚耐铝性中的作用及其机理，为耐铝性状的遗传改良提供理论依据。

铝毒是酸性土壤中影响植物生长和发育的重要限制因素。柑橘生长在偏酸性的土壤中，容易受到铝毒危害。本研究以金沙柚为试材，分别用AlCl3、SA、H2O2、SA与H2O2处理和对照，利用转录组测序分析了铝胁迫及铝胁迫下水杨酸、过氧化氢、水杨酸与过氧化氢处理后的差异基因表达谱。15个样品LncRNA转录组测序，共获得Clean Data 约219 Gb，平均每个样品获得Clean reads数量为97291069。铝胁迫处理后差异表达基因7648个，确定铝胁迫候选关键基因434个。鉴定了铝胁迫响应的3个关键通路半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路、苯丙氨酸代谢、柠檬酸代谢通路。鉴定了4个与铝胁迫响应相关的关键LncRNA，并对其进行蛋白互作分析。全长转录组数据分析表明，铝胁迫处理后有效插入片段subreads数据量大小为10.24 G，有效插入片段subreads条数为5849555，平均全长1751bp；全长reads数为362286； GMAP比对结果为测序序列经过测序数据过滤后的数为167685（99.46%）。本研究初步筛选了苹果酸脱氢酶（MDH）、柠檬酸合成酶（CS）、多药和有毒物质外排基因家族（MATE）等15个候选耐铝关键基因。在铝胁迫条件下，CgWRKY40、CgCS、CgMATE-1等出现明显上调或下调表达；在铝胁迫条件下，水杨酸处理后3个CgWRKY基因均出现较大幅度的上调表达，3个CgMATE基因出现明显下调表达；铝胁迫后过氧化氢处理，3个CgWRKY出现明显上调表达；铝胁迫后水杨酸与过氧化氢共同处理后，能在较短时间调控CgWRKY40、CgCS、 CgACCO1等基因出现明显上调表达。铝胁迫能被水杨酸、过氧化氢、水杨酸与过氧化氢诱导在较短时间内出现明显的上调或下调表达的基因有MDH、CS、MATE等。筛选的15个候选基因均能不同程度铝胁迫或铝胁迫下水杨酸和过氧化氢处理诱导表达，表明这些候选基因可能在关键的通路上直接或间接地参与金沙柚的铝胁迫响应。研究结果，丰富了对柑橘铝胁迫的响应和分子机理的认识，为柑橘栽培育种提供了理论依据和候选基因资源。