摘要
休眠(Dormancy)是植物抵制不良自然环境的一种保护性的生存策略，春化(Vernalization)是通过低温诱导获得或者诱导开花的能力。前人曾提出休眠与春化可能存在联系，此后研究者们尝试重申这一假设。东方百合‘索邦’(Lilium cv.‘Sorbonne’)是市场上主流的鲜切花，具有内休眠(Endodormancy)的特性，秋季在地上部分枯萎后，地下休眠器官鳞茎需要经历长时间的冬季低温方可来年正常生长和正常开花。然而低温过程的生物学意义仍然未知。充足理论支持的低温贮藏可以节约成本、提高效率，但是百合休眠解除的机制尚不明确。此外，百合是多年生草本植物，休眠器官为鳞茎，春化是主要成花途径，相比拟南芥、杨树等模式植物具有特殊性。部分前人研究将百合休眠解除(Dormancy release)和春化视作完全一致的或等价的关系，然而这种说法缺乏足够的依据。因此本研究以东方百合‘索邦’为材料，通过栽培试验、形态学观察、解剖学观察、WGCNA分析、机器学习预测基因调控网络等手段，寻找关于百合休眠解除和春化二者之间联系的新证据，筛选和鉴定二者联系的候选关键基因，并提出新的认知。本研究得到的主要结果有: 1.低温对东方百合‘索邦’休眠解除和春化是必要的，并且休眠解除和春化以量化的方式进行:根据休眠解除进程将其大致分为2个阶段:休眠解除Ⅰ期，在4℃下冷藏0-20 d，此时休眠解除进展缓慢;休眠解除Ⅱ期，在4℃下冷藏20-50 d，此阶段休眠快速解除至冷藏50 d休眠已完全解除。春化在4℃下冷藏40 d时已完成。茎尖位于鳞茎2/3直立高度(或茎尖距鳞茎顶部1/3)可以作为东方百合‘索邦’休眠解除的形态学指标。转录组分析结果表明，冷藏30 d是联系休眠解除和春化的关键时期。 2.东方百合‘索邦’休眠解除和春化的候选关键基因挖掘与构建基因调控网络。本研究通过WGCNA分析获得了 4个与量化表型关联的模块，对4个模块分别构建了基因共表达网络，并进行了 GO和KEGG富集分析，从中鉴定了 196个候选关键基因。随后对这些候选关键基因以及从转录组中鉴定的其他80个开花同源基因，使用机器学习算法GENIE3预测基因调控网络，以及对其中的MADS-BOX基因使用机器学习算法BWERF构建多层级基因调控网络，并提出假设:在东方百合‘索邦’中，FLC或其直系同源物并不存在，存在着一条以AGL19为正调控子的通路响应春化，该通路不依赖FLC替代物SVP,且可能以某种机制参与了对休眠解除的调控，AGL19可能像模式植物一样受EMF2b、CLF等组成的PRC2调控，但目前证据不足;FLC或其直系同源物对春化的抑制(例如成花整合基因SOC1）,被SVP以一种未知的机制取代，并且SVP和FLC类似地受EMF2b、CLF等组成的PRC2调控;这种以SOC1-SVP为核心的调控机制和AGL19为核心的调控机制，使休眠解除和春化途径之间产生了交叉互作(Cross-talk),这其中SOC1、AGL19是正调控子，而SVP是负调控子;其他诸多关键基因，例如BLH9、WRKYs、ERFs,也直接或间接地参与到这个复杂的综合调控网络中。 3.东方百合‘索邦’茉莉酸相关基因克隆和鳞茎冷藏及种植后表达模式分析。本研究克隆得到了东方百合‘索邦’茉莉酸相关基因，LoSorNINJA1(GenBank No.OQ715340)全长 1 392 bp,LoSorNINJA2(GenBank No.OQ715341)全长 1 533 bp,LoSorJAZ1(GenBank No.OQ798991)全长 723 bp,LoSorJAZ3(GenBank No.OQ798992)全长 1 377 bp,LoSorMYC2(GenBank No.OQ798993)全长 2 109 bp,LoSorCOI1(GenBank No.OQ798994)全长1 773 bp,并对其进行生物信息学分析。表达模式分析结果表明，这些基因都在冷藏6w时高表达，说明此时茉莉酸信号以不同寻常的方式启动。这种不同寻常的原因可能是LoSorJAZs参与鳞茎休眠解除调控。
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