摘要
杜鹃(RhododendronL.），原产中国，是重要的园林造景灌木。高温对于大部分植物尤其是杜鹃来说有着重要影响，严重制约杜鹃生长发育，对杜鹃高温胁迫下响应机制研究尚不充分。因此，提高杜鹃抗热性对其在夏季高温天气下生长发育显得格外重要。本实验选择5个畅销东洋杜鹃品种为实验材料:‘大鸳鸯锦’、‘爱丁堡’、‘珊瑚粉牡丹’、‘胭脂蜜’、‘烈火’，通过半致死温度测定结合高温叶片褐变指数，对其进行耐热性排序，筛选其中耐热品种;同时利用高通量测序平台对‘大鸳鸯锦’杜鹃高温胁迫下叶片进行转录组分析，筛选耐热相关基因;在此基础上，对筛选出的差异表达基因进行生物信息学分析，为杜鹃耐热性育种提供分子基础。本研究主要结果如下: 1.5个杜鹃品种耐热性比较。5个杜鹃品种半致死温度测定结果:‘大鸳鸯锦’（58.31℃）＞‘胭脂蜜’（55.43℃）＞‘珊瑚粉牡丹’（55.23℃）＞‘爱丁堡’（55.02℃）＞‘烈火’（50.25℃）。据此可知，不同品种杜鹃耐热性有较大差异。通过系统聚类分析，结合杜鹃高温半致死温度及高温叶片褐变指数，5个杜鹃品种可分为3个类群:第Ⅰ类群中，‘大鸳鸯锦’作为强耐热品种;第Ⅱ类群包括‘珊瑚粉牡丹’、‘胭脂蜜’和‘爱丁堡’，这些为半耐热品种;第三类群较耐热品种‘烈火’。 2.‘大鸳鸯锦’杜鹃对高温胁迫的生理响应。‘大鸳鸯锦’杜鹃在32℃（轻度胁迫）、38℃（中度胁迫）、42℃（重度胁迫）高温条件对叶片中MDA含量产生了不同影响，其中重度胁迫下MDA含量显著升高。可溶性糖和脯氨酸含量在重度胁迫下，两者含量均有显著增加。对于叶绿素含量，轻度胁迫下变化不明显，而在中度和重度胁迫下，SPAD值先下降后上升，中度胁迫下降至最低后有所回升。可溶性蛋白含量在轻度、中度胁迫下呈现先上升后下降的趋势，而在重度胁迫下，可溶性蛋白含量先增加后降低。抗氧化酶活性研究中，POD活性在中度和重度胁迫下先升高后降低，中度胁迫5d时达到最大值但变化不显著，SOD和CAT在重度胁迫下的活性显著增强。 3.高温胁迫下‘大鸳鸯锦’杜鹃转录组分析。结果表明，与对照组相比，中度胁迫3d后共有3,902个差异表达基因。其中1，938个基因上调，1，964个基因下调。这些差异表达基因注释到GO数据库中的有2,092个，分布在47个功能组中，显著富集在主要代谢过程和膜固有成分等类别。此外，有813个差异表达基因富集在126条生物通路中，特别是在光合作用通路和碳代谢途径中富集显著。与植物抗热显著相关的两个通路中，光合作用通路的相关基因大多数下调，只有少数上调，而植物激素信号转导通路中的多个转录因子表达调节，尤其是ABF转录因子的显著上调。筛选出69个转录因子，其中差异基因富集最多的为FAR1、MYB、bHLH、AP2/ERF-ERF等转录因子。利用qRT-PCR技术验证了转录组数据可信。 4.‘大鸳鸯锦’杜鹃中热激蛋白HSP20家族鉴定。利用生物信息学的方法对‘大鸳鸯锦’杜鹃中热激蛋白HSP20家族进行鉴定，分析了这些家族成员的理化性质、进化关系、保守基序、基因结构、启动子顺式作用元件，结果表明:HSP20家族基因的等电点范围为5.53-9.69,其中18个基因为酸性蛋白，分子量介于14,966.99-37,224.53之间，且均为亲水蛋白。这些基因主要定位于细胞骨架、叶绿体、细胞核、内质网、过氧化物酶体中。通过基因共线性分析，发现杜鹃HSP20基因家族与拟南芥、猕猴桃存在相似性。大多数HSP20家族基因包含1个外显子和2个内含子，并具有共同的保守基序，尤其是与热应激响应密切相关的A-crystallin结构域。顺式作用元件分析表明，HSP20家族基因在激素响应、环境应激反应、组织特异性表达和防御机制等生物过程中发挥作用。
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