枸頭橙針刺和枝的激素水平差異分析

孫立方 柯甫志 聶振朋 王 平 孫建華 黃 秀 徐建國(guó)

（浙江省柑橘研究所/國(guó)家柑橘品種改良中心浙江分中心 臺(tái)州318026）

很多柑橘品種的枝干上均具有刺，刺的長(zhǎng)度和數(shù)量也均有差異。柑橘的刺稱(chēng)為針刺，是柑橘枝條的變態(tài)，可繼續(xù)發(fā)育變成枝[1]。柑橘針刺給生產(chǎn)帶來(lái)許多不利，如造成樹(shù)冠管理上的困難，增加果實(shí)的機(jī)械傷害，同時(shí)給果實(shí)采收也帶來(lái)不便。但是，目前柑橘針刺的發(fā)育調(diào)控機(jī)制尚不清楚。柑橘屬植物中的甜橙和柚子也完成了全基因組草圖的繪制[2，3]，為柑橘的分子育種等研究提供了良好的基礎(chǔ)。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)植物激素如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和茉莉酸在擬南芥表皮毛（刺狀體）的發(fā)育過(guò)程起非常重要的調(diào)控功能[4]，本研究選取有刺品種枸頭橙（Citrus aurantiumL.cv.Goutou Cheng）的針刺和枝進(jìn)行了植物激素水平的檢測(cè)和分析，并找出二者之間顯著差異的激素，為后期深入研究柑橘針刺調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為枸頭橙針刺和枝頂端部位組織混合樣品，分別于春季4月份在浙江省柑橘研究所柑橘資源圃?xún)?nèi)的枸頭橙實(shí)生苗上進(jìn)行采集，每組3個(gè)重復(fù)，液氮速凍保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

樣品寄送至邁維代謝生物公司進(jìn)行植物激素檢測(cè)，基于LC-MS/MS 平臺(tái)對(duì)植物激素如生長(zhǎng)素（IAA）、細(xì)胞分裂素（CK）、茉莉酸（JA）進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行各激素的定性和定量分析。

根據(jù)前期針刺和枝的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)獲得激素合成相關(guān)差異表達(dá)基因，并采用各基因的FPKM（expected number of Fragments Per Kilobase of transcript sequence per Millions base pairs sequenced）值進(jìn)行分析作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物激素水平差異分析

有報(bào)道發(fā)現(xiàn)植物激素如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和茉莉酸等參與調(diào)控?cái)M南芥表皮毛（刺狀體）的發(fā)育過(guò)程[4]（Pattanaik et al.,2014）。本研究對(duì)枸頭橙針刺和枝的激素檢測(cè)分析結(jié)果表明，檢測(cè)到的茉莉酸（JA）水平在枝頂端組織顯著高于針刺中，比例約為13.5:1（圖1，B）；生長(zhǎng)素（IAA）的水平同樣在枝頂端組織較高，在針刺中水平較低，比例約為5.6:1（圖1，C）。然而，其它植物激素如細(xì)胞分裂素（CK）的水平在枸頭橙針刺和枝中未發(fā)現(xiàn)明顯差異。這些結(jié)果表明JA和IAA的水平差異可能是造成針刺和枝發(fā)育不同的重要因素。

圖1 枸頭橙針刺和枝及激素水平的檢測(cè)

2.2 差異激素合成基因表達(dá)水平分析

前期我們對(duì)針刺和枝的頂端組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行比較分析后獲得激素合成相關(guān)差異表達(dá)基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在JA合成途徑中，枸頭橙中脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）基因的同源基因LOC 102621545表達(dá)水平在枝的頂端組織顯著高于針刺中的表達(dá)水平；同樣地，在IAA合成途徑中，枸頭橙中YUCCA家族YUCCA10基因的同源基因LOC 102627458表達(dá)水平在枝的頂端組織顯著高于針刺（圖2）。JA和IAA合成相關(guān)基因在枝頂端組織中的表達(dá)水平顯著高于在針刺中的表達(dá)水平，與上述激素水平檢測(cè)結(jié)果一致。這些結(jié)果進(jìn)一步表明JA和IAA 合成路徑調(diào)控基因在枸頭橙針刺和枝不同發(fā)育過(guò)程可能起著重要調(diào)控作用。

3 討論

植物表皮毛和刺的主要功能是增加表皮厚度，減少熱量和水分散發(fā)，并保護(hù)植物免受昆蟲(chóng)和病原體的侵襲或機(jī)械損傷[5～7]。其中，擬南芥表皮毛是具有大的分枝的單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其機(jī)制已經(jīng)研究的較為清楚[8]。玫瑰、黃瓜和刺梨中類(lèi)似擬南芥表皮毛的重要調(diào)控基因也均被報(bào)道[9-11]。表皮毛和皮刺均是表皮細(xì)胞的延伸，并無(wú)維管組織。而柑橘的針刺與枝類(lèi)似，具有真正的維管組織。本研究結(jié)果表明，JA和IAA 的水平差異可能是造成針刺和枝發(fā)育不同的重要因素。枸頭橙中JA和IAA 合成路徑相關(guān)基因的同源基因在枝頂端組織中的表達(dá)水平顯著高于在針刺中的表達(dá)水平，結(jié)果與擬南芥表皮毛的發(fā)育調(diào)控報(bào)道類(lèi)似[4]。以上這些結(jié)果暗示著JA和IAA 合成路徑調(diào)控基因在枸頭橙針刺和枝不同發(fā)育過(guò)程可能起著重要調(diào)控作用。不同植物表皮毛和刺的發(fā)育調(diào)控機(jī)制存在一定的異同[12，13]，本研究為后期對(duì)柑橘針刺發(fā)育調(diào)控的進(jìn)一步研究提供線(xiàn)索，以期闡述其調(diào)控機(jī)制。

圖2 .JA和IAA 合成基因表達(dá)水平分析