糖及CmoANT1.2在黄瓜/南瓜嫁接接口愈合中响应的研究

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嫁接接口愈合是提高嫁接效率的重要保障,明确嫁接接口愈合机制,不仅对砧穗间通讯、组织模式重建及维管束发育研究具有重要的理论参考价值,而且对砧木筛选及嫁接苗生产具有一定的技术指导意义。黄瓜(Cucumis sativus L.)作为重要的设施蔬菜作物,常以中国南瓜(Cucurbita moschata Duch.)为砧木进行嫁接,以提高黄瓜抵御土传病害和抗非生物胁迫能力,同时黄瓜、南瓜的维管束较为发达,是研究嫁接接口愈合的合适材料。本研究基于前期研究结果,以黄瓜为接穗,中国南瓜为砧木,采用贴接法,研究了糖在黄瓜/南瓜嫁接接口愈合中响应;对嫁接接口愈合的关键基因CmoANT1.2所属的AIL转录因子家族进行了生物信息学分析,并研究了异源过表达CmoANT1.2的拟南芥对嫁接接口愈合的影响。主要研究结果如下:(1)黄瓜/南瓜嫁接接口愈合进程中接穗和砧木中糖响应基因(ApL3、STP1、DIN6)、糖含量(葡萄糖、果糖、蔗糖、棉子糖、水苏糖、淀粉)及糖代谢酶(酸性转化酶、中性转化酶、蔗糖磷酸合成酶(合成方向和分解方向)、蔗糖合成酶、α-半乳糖苷酶、水苏糖合成酶、淀粉分支酶、可溶性淀粉合成酶)活性均有显著变化。相比于WT嫁接体,含糖量低的黄化苗嫁接体接口愈合中的韧皮部和木质部重连均延迟,嫁接成活率降低,生物积累量降低,而喷施外源糖(5%葡萄糖)对此有所缓解,即促进了木质部重连、嫁接成活率和嫁接体植株的生长。并且外源糖显著促进了 WT嫁接体生物量积累。糖信号转导基因TOR、SnRK1α、SnRK2.1、SnRK2.2及其途径的相关基因S6K2、E2Fa在嫁接接口愈合中均有响应,但接穗和砧木中这些基因响应不尽相同,外源糖可缓解黄化苗嫁接接口愈合中的基因表达响应。此外,TOR抑制剂AZD-8055对嫁接体成活率无显著影响,但使嫁接接口处维持较低的能荷水平,延缓了韧皮部和木质部重连,外源糖的喷施对此有所缓解。TOR抑制剂并没有显著抑制接穗中TOR和S6K2基因表达,但砧木中基因表达响应与此相反,TOR抑制剂显著抑制了嫁接接口处E2Fa表达,促进了 SnRK1α 表达。(2)通过对南瓜AIL转录因子家族进行生物信息学分析,在南瓜基因组中鉴定了 12个编码蛋白质的AIL基因,并预测其定位于细胞核。系统发育树分析表明,南瓜AIL基因家族可分为6个主要亚家族,每个成员蛋白均包括由一个相同的连接区分隔的两个AP2/ERF结构域。12个CmoAIL基因在根、茎、叶、茎尖、卷须、侧枝顶端的腋芽、雌花芽、雄花芽、雌花、雄花、成熟果实的果皮和种子均有表达,并且 4 个CmoANT(CmoANT1.1、CmoANT1.2、CmoANT1.3、CmoANT1.4)在外源生长素(IAA)、1-萘乙酸(NPA)和脱落酸(ABA)处理下均有响应。异源过表达CmoANT1.2可增大拟南芥器官大小,特别是果实长度。异源过表达CmoANT1.2通过加速嫁接接口愈合来促进嫁接体生长,这种促进作用在砧木一侧表现显著。但外源IAA或NPA处理下,WT/WT和WT/ANT的嫁接接口愈合进程及嫁接体生长无显著差异。
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