【摘 要】
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马铃薯是世界第四大粮食作物,富含糖、维生素和蛋白质。冻害胁迫会限制马铃薯的地理分布和产量,而马铃薯栽培种（Solanum tuberosum L.）对冻害敏感,马铃薯野生种（Solanum commersonii）对冻害耐受。冻害胁迫耐受性的遗传改良是提高马铃薯产量,抵御冻害的最基本途径。然而,目前缺乏对马铃薯防御冻害胁迫分子机制的系统研究。因此,本研究结合全长转录组、二代转录组以及代谢组多组学分
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马铃薯是世界第四大粮食作物,富含糖、维生素和蛋白质。冻害胁迫会限制马铃薯的地理分布和产量,而马铃薯栽培种（Solanum tuberosum L.）对冻害敏感,马铃薯野生种（Solanum commersonii）对冻害耐受。冻害胁迫耐受性的遗传改良是提高马铃薯产量,抵御冻害的最基本途径。然而,目前缺乏对马铃薯防御冻害胁迫分子机制的系统研究。因此,本研究结合全长转录组、二代转录组以及代谢组多组学分析方法,对-4℃处理的冻害胁迫耐受材料（S.commersonii,CM）和冻害胁迫敏感材料（Solanum tuberosum Group Phureja,DM）进行比较分析,探索马铃薯抗冻害的关键基因及代谢通路。本研究结果为马铃薯抗冻研究提供了理论依据。本研究结果如下:1.通过对CM材料不同时间点叶片组织的混合转录组测序,共获得全长转录组数据71.27 Gb,包含46,943,169条subreads。进一步合并和矫正获得878,975条环形一致性序列（Circular Consensus Sequencing,CCS）,868,063条全长非嵌合序列（Full-length non-chimeric read,FLNC）,62,524条全长转录异构体（Isoform）,62,511条高质量无冗余异构体,49,232条高质量转录本,其中基因12,811个。2.对CM材料高质量转录本数据进行分析,共检测到6,634个可变剪接（Alternative splicing,AS）,大多数可变剪接形式是内含子保留。编码区域预测共获得51,187个编码序列（Coding sequence,CDS）,且长度为100-400个核苷酸的CDS数目最多。另外,鉴定出2,008个lnc RNAs,2,245个新转录本,104个融合转录本。3.对抗感材料不同时间点差异表达基因（Differentially expressed genes,DEGs）分析,共获得3,878个DEGs,且DM中DEGs的数目远远大于CM。在CM中,6 h的DEGs数目达到最大值（679个）,且上调数目大于下调数目,这与DM的基因表达模式完全不同。此外,发现635（29.5%）个DEGs在CM和DM中共有,636（29.5%）和884（41%）个DEGs分别在CM和DM中特有。4.类黄酮代谢组分析鉴定到100种类黄酮代谢物,其中82种类黄酮差异显著。差异代谢物分析发现,68种在CM中上调积累,而48种在DM中上调积累,其中黄酮及黄酮醇上调积累最显著。5.转录组与代谢组关联分析发现,CM中查尔酮合成酶（Chalcone synthase,CHS）、查尔酮异构酶（Chalcone isomerase,CHI）、黄酮醇3’单加氧酶（Flavonoid3’-hydroxylase,F3’H）、4-β-甘露糖转移酶（4-Beta-mannosyltransferase,Man-GT）、O-葡糖转移酶（O-glucosyltransferase,O-GT）和β-1,3-半乳糖转移酶（β-1,3-Galactosyltransferase,Gal-GT）表达量在冻害胁迫后显著上调。四羟基查尔酮（4’-Hydroxychalcone）、二氢山奈酚（Dihydrokaempferol）、二氢槲皮素（Dihydroquercetin）、山奈酚（Kaempferol）和槲皮素（Quercetin）在冻害胁迫后呈上调积累。AS分析表明,差异表达基因F3’H存在5种AS,且表达量上调。其中内含子保留形式的AS上调最显著。共表达网络分析发现了四种转录因子,包括一种Myb-ralated和三种ERF,其中Myb-ralated与基因CHS、F3’H、Gal-GT呈正相关,而三种ERF与CHS、F3’H以及三种糖基转移酶Man-GT、O-GT、Gal-GT呈负相关。
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