钾是植物生长发育所必需的矿质营养元素之一，参与了植物生长发育的各个阶段，广泛分布于各类的植物组织和细胞中。花青苷是植物中重要的次生代谢物质，近年来由于其对人体健康方面的益处而被广泛关注，但目前研究者对于钾对花青苷的影响及其机制还知之甚少。本研究利用高通量测序手段，来探究不同浓度钾离子对于萝卜芽苗菜下胚轴花青苷的影响。通过测定，发现钾离子会抑制花青苷的积累。而转录组测序数据表明，钾离子会显著影响包括苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、碳代谢、硫代葡萄糖苷生物合成、类黄酮生物合成在内的许多通路。本研究结果有助于阐明钾对萝卜芽苗菜下胚轴花青苷积累的影响的分子遗传差异,为揭示其调控机制奠定基础。
目录
摘要 3
关键词 3
Abstract 3
Key words 3
引言 4
1 材料与方法 5
1．1 实验材料 5
1．1．1 材料处理 5
1．1．2 材料储存 5
1．2 ‘杨花’萝卜cDNA文库构建及转录组测序 5
1．3 ‘杨花’萝卜转录组序列的组装、注释以及分析 6
1．4 表型测定 6
2 结果与分析 7
2．1 筛选合适的KCl处理浓度 7
2．2 差异表达基因分析 7
2．2．1 样本关系 8
2．2．2 差异表达基因的基本分析 8
2．3 差异表达基因的功能分析 10
2．3．1 GO通路分析 10
2．3．2 KEGG通路分析 11
2．4 花青苷代谢相关基因的筛选 13
3 讨论 15
致谢 16
参考文献 17
转录组分析钾对萝卜芽苗菜下胚轴花青苷的影响
引言
引言
钾是植物生长发育所必需的营养元素，它在植物生长中起着非常重要的作用，并参与植物生长发育中许多重要的生理生化过程，例如调节细胞膨压、维持细胞的电荷平衡、调节各种酶活性以及参与蛋白质合成等[1, 2]。植物在缺钾条件下，光合作用会减弱，二氧化碳固定量减少。导致光合 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: #351916072# 
同化物减少，但是有机物消耗增加，呼吸作用增强，碳因有机物分解而以二氧化碳形式被释放，α酮酸减少，进而造成氨基酸的合成过程受到阻碍；当钾素供应充足时，将提高植物体内导管和筛管的运输速度，从而促进作物中各种复杂的代谢过程。钾还可以增强植物的抗性，很多研究表明,作物体内钾素营养状况的改善可以提高水分利用效率和抗旱性[3, 4]。另钾在作物抵抗病虫害的抗性中也有重要贡献[5]。此外，施用钾肥显著提高超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,并降低了过氧化物酶(POD)活性、膜脂过氧化作用[6]。钾在植物的抗高温、抗寒性、抗盐害中都有着重要的作用。综上所述，钾在农作物的生长发育过程起着重要作用。目前，全球农业土壤中的钾都在不断流失，缺钾已经是全球性的农业问题[79]。因此，在探究植物对钾素营养的吸收转运及储存方面的研究一直是一个重点关注的问题。了解清楚植物如何吸收并利用钾素，有助于研究者探究作物适宜低钾条件的响应及适应性问题。
花青苷是一种重要的水溶性色素，属于黄酮类化合物。对植物而言花青苷具有重要的生理功能，比如清除自由基、吸引昆虫传粉和抵御逆境胁迫等。于人体健康而言，花青苷有比较高的生物活性，能够预防或治疗心脑血管疾病、癌症以及糖尿病等。而关于花青苷生物合成中的关键结构基因和调控基因已被广泛研究，除LAP外，前人已经获得了绝大多数基因的敲除突变体材料[10]。目前，植物体内花青苷的代谢途径已经被研究的较为透彻，花青苷的生物合成途径如图1所示，可以分为三个主要步骤。首先，苯丙氨酸在苯丙氨酸转氨酶（PAL）的作用下生成肉桂酸，接着在肉桂酸4羟化酶（C4H）以及4香豆酸辅酶A连接酶（4CL）的催化下形成4香豆酰辅酶A，然后再经过查尔酮合成酶（CHS）的催化形成查尔酮[11]。第二部分反应从查尔酮开始，通过查尔酮异构酶（CHI）催化形成无色的柚皮素，再合成二氢黄酮类化合物。第三部分反应是各种花青苷的合成，无色花色素的形成受二氢黄酮醇4还原酶（DFR）的催化，有色花色素的形成受花青苷合成酶（ANS）的催化，不稳定的花青素形成稳定的花青苷受尿苷二磷酸葡萄糖：类黄酮3O糖基转移酶（UFGT）的催化，最后花青苷经过转移酶被运输至细胞液泡中。在花青苷合成调控过程中，转录因子起着重要作用，其中MYB，bHLH和WD40转录因子组成的MYBbHLHWD40在花青苷合成过程中能够与结构基因启动子区域结合，以启动花青苷结构基因的表达[12, 13]。而且植物激素信号在花青苷的合成中也起重要作用[14]。


图1花青苷的生物合成途径
虽然花青苷合成途径已经被广泛研究，但是主要集中在光照等方面。有关钾对花青苷合成调控机制的报道较少，且结论不一。例如，罗勒叶片中的花青苷不受外源钾浓度的影响；随着钾浓度的升高，橄榄树叶片、石榴、玉兰花中花青苷的含量升高[15, 16]；马铃薯、黑梨果中花青苷的含量却随着钾浓度的升高而降低[17]。
而近些年来，因为高通量测序技术的不断发展，该技术在植物体内代谢物的分子机理研究中的应用越来越广泛[18]，利用目前的转录组与生物信息手段分析植物的次生代谢途径也越来越方便快捷且准确，因此本研究使用转录组学技术来初步探讨钾对花青苷的影响。
1 材料与方法
1．1 实验材料
本次研究的实验材料为‘杨花萝卜’萝卜（Raphanus sativus L.）品种，购买于南京绿领有限公司。
1．1．1 材料处理
首先用4 %次氯酸钠浸泡将萝卜种子消毒5分钟，然后用流水冲洗3次。用去离子水浸泡68 h，再用去离子水多次冲洗萝卜种子表面的代谢粘液物，并将种子均匀撒在铺有湿润纱布的育苗盆中，黑暗催芽24 h，每隔6 h喷水一次，使种子保持湿润。结束催芽后，选取子叶饱满、生长均一的萌发幼苗播种于育苗盒中。在处理组加入含有不同浓度氯化钾溶液(0 mM、0.1 mM、1 mM、10 mM、25 mM)的1/4 Hoagland营养液。接着将幼苗置于黑暗，温度为（25±2）℃的条件下培养48 h。后转移至LED白光下培养，进行光照的时候更换营养液。待光照48 h后收苗(采收点)，进行后续试验处理。光照培养箱的参数设置如下：光周期为全光照；光照强度为（30±3）μmolm2s1；温度为（25±2）℃。

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