烤烟类萜代谢及关键酶基因表达的基因型差异与调控效应研究

论文摘要

本文研究了不同烤烟基因型间及其在氮肥、水杨酸调控下和不同生态条件下的类萜代谢及关键酶基因表达的差异,结果表明:1.烤烟新品系8306和Y892有较高的叶面分泌物和类胡萝卜素含量,而叶面分泌物含量高是8306的显著特点,类胡萝卜素含量高是Y892的显著特点。此外,杂交后代Y892(K326不育系♀ⅹ8306♂)的叶面分泌物含量介于亲本之间,说明了在品种选育过程中叶面分泌物是数量性状遗传,叶面分泌物含量含量高的品种作父本和叶面分泌物含量低的品种作母本杂交有利于提高杂交后代的叶面分泌物含量,而类胡萝卜素的遗传具有杂种优势,杂交后代Y892的叶片类胡萝卜素含量均高于亲本。基因型间类萜代谢上游途径关键酶基因的表达差异进行分析结果表明,ipi基因的表达在烟草萜类物质积累中起重要作用,但多数处理都伴随其它基因的高量表达,说明仅靠ipi基因过量表达不足以稳定提高萜类物质的含量,萜类物质的积累是多个基因共同作用的结果。代谢下游类胡萝卜素代谢途径中的6个关键酶基因途径关键酶基因的表达量表达量各不相同,这些基因决定了类胡萝卜素的组分及其含量,是烟叶品种特色形成的分子基础。2.不同氮用量处理下4个烤烟基因型8306、Y892、中烟100、K326在叶龄30d和叶龄60d的叶面分泌物含量和类胡萝卜素含量,在两个叶龄时期都存在显著性差异,中氮处理均高于高氮处理和低氮处理。不同氮肥水平下不同烤烟基因型类萜代谢上游途径中8个关键酶基因表达差异分析结果表明,叶龄20d时4个烤烟基因型均有7个基因的表达量低氮处理均显著高于中氮处理和高氮处理。认为该叶龄时期低氮下关键酶基因的高量表达并没有引起叶面分泌物和类胡萝卜素含量的升高,与其营养胁迫导致烟草生长共性减缓有关。这是由于萜类代谢与烟草内源激素如GA、ABA的生物合成有关。叶龄60d时,中烟100和Y892分别有6个和8个基因的表达量在低氮水平下最高,K326和8306分别有8个和6个基因的表达量在中氮水平下最高,而叶面分泌物含量和类胡萝卜素含量均为中氮水平下最高,这可能与不同处理不同烤烟基因型的烟叶落黄程度,落黄过程中激素含量的变化有关。不同氮肥水平下4个烤烟基因型类萜代谢下游类胡萝卜素代谢途径中的6个关键酶基因的检测分析结果表明,相同氮肥水平下基因型间及同一烤烟基因型在不同氮肥水平下6个基因的表达量各不相同,表明氮用量可以调控决定类胡萝卜素组分及其含量的基因的表达量。3.8306、Y892和中烟100三个烤烟基因型在SA处理下的两个叶龄时期叶面分泌物含量的变化都没有达到显著性差异,类胡萝卜素含量在叶龄25d没有显著性差异,在叶龄45d都增加,表明外源水杨酸对烤烟叶面分泌物含量的影响不大,但可以增加烤烟叶片类胡萝卜素的含量。SA处理下三个烤烟品种类萜代谢途径中11个关键酶基因的差异表达分析,结果表明SA处理下20d和60d三个烤烟基因型有8个关键酶基因的表达量的变化趋势相同,证明3个烤烟基因型的类萜代谢相关基因在响应外源水杨酸调控的行为时相似的。SA处理下20d类胡萝卜素和叶面分泌物的含量变化都没有达到显著性差异,而类萜代谢途径中关键酶基因的变化可能是烟草收到外界环境影响时产生防御性应答反应所引起的;SA处理下60d类胡萝卜素含量增加,叶面分泌物含量没有显著性差异,可能是SA处理引起其它萜类抗性物质以及激素含量的变化,从而引起萜类化合物组分的变化。4. K326、NC89和红花大金元在不同生态条件下(河南、云南、贵州)的叶面分泌物的含量差异分析结果表明,K326在河南种植叶面分泌物含量较高,NC89在云南种植叶面分泌物含量较高。三个生态区的3个烤烟基因型间K326的叶面分泌物含量都相对较低。3个烤烟基因型在三个地区种植的叶片类胡萝卜素含量均表现为云南>贵州>河南;河南、云南、贵州3个地区的3个烤烟基因型叶片类胡萝卜素含量都表现为K326最低。不同生态区不同烤烟基因型间类萜代谢途径中关键酶基因的表达差异分析结果表明,不同生态区基因型间类萜代谢途径中关键酶基因的表达差异各不相同,生态区间烤烟基因型间类萜代谢途径中关键酶基因的表达差异也各不相同,认为烟叶的萜类物质的积累是有生态、品种因素共同决定的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 植物类萜化合物生物合成途径
• 1.2 烟草中的类萜化合物及其对烟叶香气品质的影响
• 1.3 烟草类萜生物合成途径中相关酶基因的克隆和表达调控
• 1.3.1 HMGR
• 1.3.2 DXS 和DXR
• 1.3.3 IPI
• 1.3.4 FPS
• 1.3.5 GGPPS
• 1.4 展望
• 2 引言
• 3 试验设计及方法
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 方案一
• 3.1.2 方案二
• 3.1.3 方案三
• 3.2 测定项目与方法
• 3.2.1 烟草叶面分泌物定量测定
• 3.2.2 烟叶中类胡萝卜素含量的测定
• 3.2.3 类萜代谢途径中关键酶基因表达差异的分析
• 3.3 数据处理
• 4 结果与分析
• 4.1 烤烟叶面分泌物含量差异分析
• 4.1.1 不同烤烟基因型叶面分泌物含量的差异分析
• 4.1.2 不同氮肥水平下不同烤烟基因型叶面分泌物含量的差异分析
• 4.1.3 SA 处理下不同烤烟基因型间叶面分泌物含量的差异分析
• 4.1.4 不同生态条件下不同烤烟基因型间叶面分泌物含量的差异分析
• 4.2 烤烟叶片类胡萝卜素含量差异分析
• 4.2.1 不同烤烟基因型间类胡萝卜素含量的差异分析
• 4.2.2 不同氮肥水平下不同烤烟基因型间叶片类胡萝卜素含量差异
• 4.2.3 SA 处理下不同烤烟基因型间类胡萝卜素含量差异
• 4.2.4 不同生态条件下不同烤烟基因型间叶片类胡萝卜素含量的差异分析
• 4.3 烤烟叶片类萜代谢途径中关键酶基因表达差异分析
• 4.3.1 不同烤烟基因型间叶片类萜代谢途径中关键酶基因表达差异
• 4.3.2 不同氮肥水平下不同烤烟基因型间叶片类萜代谢途径中关键酶基因表达差异
• 4.3.3 SA 处理下不同烤烟基因型间叶片类萜代谢途径中关键酶基因表达差异
• 4.3.4 不同生态条件下不同烤烟基因型间叶片类萜代谢途径中关键酶基因表达差异
• 5 结论与讨论
• 5.1 不同烤烟基因型间类萜代谢及关键酶基因表达的差异
• 5.2 氮用量对烤烟类萜代谢途径的调控
• 5.3 外源水杨酸对烟草类萜代谢的调控
• 5.4 不同生态区不同烤烟基因型的类萜代谢差异
• 参考文献
• 英文摘要