外源抗逆性植物激素阻控云南干制加工型萝卜糠心的机理研究

For a long time, the hollowness in Raphanus sativus L. which was contributed to the weather condition of Yun-nan province made the harmful effect on the quality of its products, subsequently inhibited the increase of local agriculture production and peasant income. Therefore, based on the two research results of “the deposit of lignin leading to the hollowness”and “phytohormones influencing the biosynthesis of lignin”, our proposal plans to select the wide-cultivated “Yun Luo Bo” with independent intellectual property as subjects, construct the relationship map between differentially expressed genes and the variously responded phytohormones in differently hollowed radishes, and clarify the mechanism of hollowness and its effect on endogenous phytohormones by the high-throughput screening strategy. Furthermore, the profiling of lignin-related genes and the phytohormone which is negatively correlated with the content of lignin are screened and lignin-related mutants are cultivated by Crisper-cas technique, which aim to investigate the regulatory mechanism of phytohormone to hollowness. And then, with the advanced irrigation technique, the utilization condition of phytohormone is optimized, in order to seek a local-suitable, inexpensive, handy and efficient agronomic measure.

长期以来，因云南地区特有的气候条件导致的干制加工型萝卜糠心问题严重影响了其成品品质，极大阻碍了当地农业增产和农民增收。基于此，本项目结合“木质素沉积导致糠心发生”和“植物激素影响木质素合成”两个研究发现，选用云南地区种植面积最大的自主知识产权加工型品系“云萝卜”为研究对象，采用高通量筛查策略，构建不同糠心程度品系间的差异基因及与植物激素响应关联网络，阐明糠心发生的分子机制和其影响内源植物激素变化的机理；进一步挖掘转录组和植物激素响应大数据，利用基因编辑构建与木质素合成相关且差异表达基因的突变体，并对其外源处理与糠心负相关的植物激素，通过对比分析突变体和野生型糠心情况，探明植物激素调控加工型萝卜糠心的机理，并引入日本先进的超细雾化水喷灌技术，优化该植物激素阻控云南特色加工型萝卜糠心的施用条件，以期建立一套符合云南农业条件的低成本、易操作和高成效的糠心防控的农艺措施。

干制加工型萝卜依托云南省独特高原气候条件已逐步发展为高原特色农业，其产品质量对产区农民的持续增收和社会经济效益具有至关重要的意义。本项目针对云南地区加工型萝卜易糠心问题，依托自主研发品种“云萝卜1号”父本近等基因系筛选得到不同糠心等级且稳定遗传的高代自交系。（1）明确了植株生理要素与糠心程度的效应关系，研究结果显示木质素的含量对“云1号”父本近等基因系糠心程度的等级影响呈现正相关，同时乙烯和茉莉酸通路相关内源化学物的含量和组织间差异与其糠心程度有关。（2）探讨了糠心形成的分子机理。以耐糠心和易糠心株系为研究对象，筛选得到响应糠心生理现象的差异表达基因。对其进行分析发现绝大多数基因富集于“代谢过程”和“细胞过程”等功能，并主要富集在：“细胞壁代谢相关”、“植物激素合成和信号传导通路相关”、“淀粉与蔗糖代谢”和“糖酵解/糖异生”等信号通路。同时发现在糠心形成的过程中，糖代谢速率受到激发，糖合成速率受到了抑制。（3）明确了内源激素变化对糠心形成的影响。通过检测萝卜体内植物激素含量发现，在肉质根髓部中易糠株系中ACC、JA、cis-OPDA、SA、ABA和iPR含量显著高于耐糠株系。在叶片组织中，ACC、cis-OPDA和ABA在易糠株系中含量显著低于耐糠株系，可见根部乙烯信号的激发是导致糠心发生的重要原因。（4）通过大田模拟不同浓度的茉莉酸喷施，筛选得到了最适茉莉酸喷施浓度（15mg/L）。进一步通过多组学联合分析，外源茉莉酸通过抑制细胞壁代谢和木质素合成相关基因，改变植物体内糖类、脂类、黄酮类和氨基酸物质的合成与代谢途径，从而阻控糠心形成。.本课题阐明了木质素合成与糠心形成的分子机理；以及筛选调控木质素合成的植物激素，厘清植物激素与糠心形成的关系；进一步通过设计了茉莉酸对云南干制加工型萝卜糠心阻控的农艺途径，为解决实际生产上萝卜糠心这一问题提供理论依据与技术支持。