遮陰處理下睡蓮‘甘娜’葉片轉錄組分析

摘要：本研究對遮陰處理和自然光照下睡蓮‘甘娜’葉片進行轉錄組分析，以揭示遮陰對其葉片發育的影響機制。結果表明，遮陰處理下共篩選得到I 303個差異表達基因，其中558個基因上調，745個基因下調；GO功能注釋分析發現，遮陰處理會在細胞發育和次生代謝等方面造成影響；KEGG通路注釋與富集分析結果表明，遮陰處理會影響次生代謝、信號轉導、細胞壁生物合成以及光合作用等信號通路的表達。差異表達基因篩選結果顯示，遮陰條件下睡蓮葉片生長素信號轉導途徑中的AUXI/IAX、SAUR、IAA基因，光合作用途徑中的psbR、LHCB4、LHCB1基因，代謝途徑中的CHS、4CL等基因，細胞壁發育中的CFPT、TUBA、CESA等基因以及光受體的基因如HY5、RFWD2、COP1等都存在顯著差異表達。這表明遮陰處理下，睡蓮葉片通過限制細胞壁生長，影響光吸收能力，調節初生以及次生代謝途徑，調控對生長素的響應和光信號傳導，以及調節相關基因的表達來適應環境變化，維持正常生長和生理功能。

關鍵詞：遮陰；睡蓮‘甘娜’；轉錄組；代謝途徑

中圖分類號：S682.32：Q781 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）01-0012-10

睡蓮屬于睡蓮科（Nymphaeaceae）睡蓮屬（Nymphaea）多年生水生草本浮葉植物。睡蓮以其花色繁多、姿態優雅、花期長、易栽培、適應性強等特點在園林設計中備受喜愛，適用于公園及家庭水面裝飾。同時小微型品種也適合家庭盆栽。在家庭種植環境中，睡蓮的生長常受限于光照不足或光照強度較弱而顯著影響其生長狀況和開花數量。深入探索睡蓮在弱光環境下的耐陰性及其生理響應機制，對于推動微小型睡蓮的培育技術及其在園林水景中的廣泛應用，具有重要實踐意義。

遮陰可以改變植物的生長環境，影響植物的光合作用、養分的吸收和再分配等多種生理過程，以及葉片中光合產物的積累。植物光合作用對光強很敏感，光強過低時植物凈光合速率下降、碳水化合物合成減少，碳平衡遭到破壞。孫智超等研究表明，在弱光環境下，葉片的捕光效能顯著降低，進一步導致基質和基粒類囊體結構的解體，相關酶活性受到抑制，光系統受到損傷，從而降低了植物的碳同化能力。

植物在進化過程中，為了適應不同光照條件，逐漸在體內發展并完善了光受體系統。次生代謝產物是植物長期為了適應環境而生成的，次生代謝受光受體信號調控。苯丙素是植物常見的一類次生代謝產物，苯丙素類經環化、氧化、還原等反應可生成香豆素類等物質，然后通過聚合可生成木質素和木脂素類物質。而在黃酮類合成途徑中，苯丙氨酸經過一系列酶的作用先生成桂皮酸，再生成香豆酸然后經過查爾酮合成酶（CHS）催化生成查爾酮。而查爾酮可轉化為其他類黃酮類，包括花青素等。任夢露研究表明，不同種類的光質、變化的光照強度以及光周期的信號可以通過誘導或限制與類黃酮合成緊密相關的基因表達，實現對花青素苷合成與積累的精細調控。這種調控機制在植物的光合作用及其代謝過程中發揮著至關重要的作用。木質素是細胞壁的重要組成成分之一，而當植物處于遮陰條件下時會導致木質素合成相關酶活性下降。

此外，周琳等研究表明，激素作為在植物體內的核心信號分子，具有觸發并調節多種基因轉錄路徑的功能。在光信號改變的情況下，植物內源激素的含量也會發生不同的變化，對植物的生長發育起重要的調控作用。韓霜等研究表明，在面臨遮陰脅迫時，植物體會通過增加生長素的含量來觸發庇陰反應，以適應環境壓力。然而，當遮陰程度過度時，植物體內的生長素水平會受到抑制，可能對植物生長和發育產生不利影響。

本試驗旨在通過對睡蓮‘甘娜’實施遮陰處理，對比遮陰處理與自然光照條件下其葉片形態與功能方面的差異，并借助轉錄組分析手段，深入闡釋遮陰對睡蓮的影響及其內在機制，為睡蓮的庭院栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2023年6月20日-9月1日在信陽農林學院園藝學院的實習基地馨園內進行。睡蓮品種為‘甘娜’。以盆栽方式將睡蓮置于大缸中，缸的規格為50 cmX 50 cm，確保為睡蓮提供適宜的生長環境和穩定的生長空間。試驗分兩組，對照組采取自然光照，試驗組對睡蓮進行遮陰處理，遮光度設置為60%。試驗期間定期觀察遮陰處理下睡蓮葉片的變化，當與對照組出現顯著差異時采集兩組中同一時期的成熟葉片，每組3個重復，對照組樣本標記為X-1、X-2和X-3，遮陰組樣本標記為Y-1、Y-2和Y-3。

1.2轉錄組測序

將處理好的樣品進行干冰保存，送至上海元莘生物醫藥科技有限公司進行睡蓮RNA的提取和轉錄組測序分析。使用標準的提取程序提取RNA，對樣品進行嚴格的質量控制，檢測其完整性、濃度和純度，以保證文庫質量，確定測序的結果無誤。

1.3數據處理與分析

通過GO、COG、KEGG等數據庫對測序數據進行差異顯著性分析及功能富集分析，利用TBtool軟件繪制基因表達熱圖。

2結果與分析

2.1轉錄組測序分析

如表1所示，經過嚴格的RNA質量評估，原始序列Q30堿基百分比在93%以上，GC含量在47%以上，所有樣本的總RNA質量均符合后續建庫與分析的標準（表1）。