西藏墨脱野生草莓对干旱的响应机制及耐旱基因挖掘

At present, the global climate is changing, drought becomes frequent, which will seriously affect plant growth, plant development and reduce crop yield. The Motuo wild strawberry was grown in the Motuo of Tibet that was known as world gene bank and plateau island. Accordinglly, this strawberry species is superior to cultivation species in disease resistance, stress resistance and aroma, especially drought resistance, however its tolerance drought mechanism is not clear. Therefore, in this project, we will choose the Motuo wild strawberry as material, and analyze its drought resistance mechanism at physiology and molecular biology levels. From physiological perspective, the characteristics including plant morphology (leaves morphology, roots morphology and ultra-structure, etc.), photosynthetic characteristics (photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, etc.), respriration characteristics (respiration rate, electron transfer rate, respiratory isodynamic enzyme activity, etc.) and the defense system (damage degree, antioxidant system, gene expression, etc.) were analyzed. At the level of molecular biology, the gene expression characteristics of the Motuo wild strawberry were analyzed under drought by high throughput transcriptome sequencing and the functions of major genes were also analyzed. Theses results will clarify the physiological and molecular responsing mechanism of the Motuo wild strawberry to drought, and provide the necessary theoretical basis and practical guidance for its efficient use.

目前，全球气候不断变化，干旱频发，严重影响植物生长发育，降低作物产量。生长在有“世界基因库”和“高原孤岛”之称的西藏墨脱野生草莓在抗病性、抗逆性及香气方面均优于栽培种，尤其抗旱特性突出，然而对其耐旱机制还不明确。因此，本项目以西藏墨脱野生草莓为研究材料，从生理学和分子生物学两个角度分析其耐旱机制。从生理学角度，针对植株形态（叶片形态、根系形态、超微结构等）、光合特性（光合速率、气孔导度、蒸腾速率等）、呼吸特性（呼吸速率、电子传递速率、呼吸同工酶活性等）、防御系统（损伤程度、抗氧化系统、基因表达等）等特征进行分析。从分子生物学水平，利用高通量转录组测序技术分析在干旱条件下墨脱野生草莓的基因表达特征，并对主要基因进行功能解析。从而明确墨脱野生草莓对干旱响应的生理和分子机制，为其高效利用提供必要的理论依据和实践指导。

目前，全球气候不断变化，干旱频发，严重影响植物生长发育，降低作物产量。生长在有“世界基因库”和“高原孤岛”之称的西藏墨脱野生草莓在抗病性、抗逆性及香气方面均优于栽培种，尤其抗旱特性突出，然而对其耐旱机制还不明确。因此，本项目以西藏墨脱野生草莓为研究材料，同时以西藏栽培草莓为对照，主要从生理学（植株形态、光合特性、呼吸特性、防御系统）和分子生物学（基因表达特征、主要基因功能解析）两个角度对西藏墨脱野生草莓的耐旱机制进行了解析。从生理学角度来看，干旱胁迫下野生草莓叶片的保水量较强，叶片绒毛丰富，叶片和茎的细胞结构未受到严重破坏；主要光合指标和叶绿素荧光参数并未受到显著影响，尤其是Fv/Fm在干旱胁迫期间没有明显变化，说明野生草莓可能启动了PSⅡ系统用于对干旱胁迫的抵御；并可能是利用交替呼吸的改变来应对干旱胁迫，同时在一定程度上保持了完善的泛醌库状态及较强的呼吸酶活性，以保护自身不受到干旱的伤害；但野生草莓虽较耐干旱，也是有一定耐旱极限的，而且其抗氧化物质循环系统主要是靠抗坏血酸来抵御干旱胁迫的。从分子生物学角度来看，野生草莓和栽培草莓的上调基因在干旱胁迫处理PEG10%和PEG20%时共同表达的基因较多，分别为242和314；而对于下调基因，共同表达的较少，分别为29和88，说明经过高浓度的PEG处理后，两种类型草莓均作出了积极的反应，大量共同的基因出现表达上调现象；利用GO分类和KEGG分类发现，两种草莓的基因响应种类具有较大不同，分布数量也有较大差异；同时，通过对随机挑选的9个基因（DREB2A、NCED4、CAI1、Snap、DRIP2、NACO42、GO1S2、CBF1和Fvb6）进行了qRT-PCR验证，与转录组数据的拟合情况较好，并对抗旱相关的NAC基因进行表达模式测定，该表达趋势与转录组测序结果也相符。以上研究结果为西藏墨脱野生草莓的抗旱机理研究奠定了一定的基础。