摘要
海刀豆（Canavalia rosea）是广泛分布于全球热带亚热带滨海地区的豆科藤本植物，对于高温、高盐碱、强光、干旱、贫瘠的热带珊瑚岛生境具有很好的适应性，在我国南海诸岛较为常见，是热带珊瑚岛植被恢复的骨干先锋物种。基于海刀豆对热带珊瑚岛恶劣生境胁迫的抗逆生理学机制已有一些研究，但对其抗逆的分子机制目前尚未涉及，这限制了海刀豆的进一步开发利用。本文在海刀豆全基因组测序的基础上，通过对珊瑚岛自然生长的海刀豆和自然干旱处理下的海刀豆进行转录组分析，筛选获得海刀豆响应干旱胁迫的关键调控通路和基因家族，比较不同生境条件下的海刀豆以及不同干旱程度胁迫处理的海刀豆生理指标和转录组差异，并结合次级代谢物合成、基因表达调控和基因家族的功能分析，探讨海刀豆对热带珊瑚岛干旱胁迫的分子适应机制，为进一步的开发利用提供理论依据。主要研究结果如下: (1)比较自然生长在热带珊瑚岛和大陆的海刀豆叶片转录本，获得5260个差异表达基因(DEGs)。KEGG分析显示DEGs主要富集于昼夜节律、光合作用-天线蛋白、类黄酮生物合成和植物激素信号转导等通路上。其中，水通道蛋白基因家族（CrAQPs）在热带珊瑚岛中上调表达，可能在海刀豆适应热带珊瑚岛极端逆境中发挥较重要的作用。 (2)干旱胁迫处理下，海刀豆叶片净光合速率和蒸腾速率下降，总抗氧化能力增加。DEGs在干旱胁迫早期主要富集在糖类代谢通路上，在干旱胁迫中后期大量富集在苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成等次级代谢通路上，在整个干旱处理和复水处理阶段均富集在植物激素信号转导和苯丙烷生物合成通路上。类黄酮合成途径在海刀豆干旱处理的中后期和复水阶段有差异表达基因富集，复水12小时叶片类黄酮含量的显著增加，该通路可能在干旱和复水阶段发挥重要作用。 (3)海刀豆28个类黄酮合成途径的关键基因在不同生境样本中呈现不同的表达模式，并响应干旱和复水处理。其中，27个关键基因启动子区域具有MYB结合元件，10个关键基因与筛选出的6个MYB基因CrGAMYB、CrMYB106、CrMYB308a、CrMYB308b、CrMYB308c和CrMYB61a具有共表达趋势。 (4)在海刀豆基因组中鉴定出了37个CrAQP基因，包括11个质膜内在蛋白、10个液泡膜内在蛋白、11个类Nod26内在蛋白、4个小碱性内在蛋白和1个X内在蛋白。转录组数据分析和qRT-PCR分析表明每个成员在海刀豆体内均存在组织特异性表达，且PIPs对非生物胁迫具备不同的响应模式，其中CrPIP1;5和CrPIP2;3在各转录本中高表达，表明CrAQPs参与海刀豆非生物胁迫响应，CrPIP1;5和CrPIP2;3可能在干旱胁迫下发挥较重要的作用。 (5) CrPIP1;5和CrPIP2;3可以通过蛋白质相互作用形成同源二聚体和异源二聚体，过表达CrPIP1;5降低了酵母和拟南芥对盐碱和干旱条件的耐受性，而过表达CrPIP2;3降低了酵母盐碱和干旱条件的耐受性并提高了拟南芥的抗旱性，表明CrPIP1;5和CrPIP2;3是海刀豆干旱胁迫响应过程中的功能基因。 综上所述，海刀豆在干旱胁迫的不同阶段以及不同生境具备不同的调控策略，类黄酮合成通路和CrAQPs在海刀豆对干旱胁迫的响应和热带珊瑚岛环境的适应中发挥重要作用，CrPIP1;5可能参与维持海刀豆体内的水分稳态平衡，CrPIP2;3可以作为提高转基因作物耐旱性的候选基因。
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