石蒜鳞茎膨大过程中内源激素相关基因的差异

石蒜鳞茎膨大过程中内源激素相关基因的差异表达研究 

 

摘  要：石蒜（Lycoris  radiata）鳞茎自然膨大过程很慢，严重制约其商业化生产的发展，研究鳞茎膨大过程中内源激素的变化规律，能够为利用外施生长调节剂调控石蒜鳞茎的膨大提供理论依据。本研究通过构建同一遗传背景下的石蒜鳞茎膨大过程材料，研究鳞茎膨大过程中 4 种内源激素：生长素（IAA）、细胞分裂素（CK）、赤霉素（GA）以及脱落酸（ABA）含量的变化，并通过转录组测序的方式，研究此过程中内源激素合成及信号转导基因表达的变化。

结果表明：内源 GA 能够负调控石蒜鳞茎的膨大，而内源 IAA 和 CK 正向调控，但 IAA 的作用时期可能更多集中于鳞茎膨大早期，且可能通过调控 CK 的合成及信号转导过程来发挥作用，内源 ABA 可能在石蒜鳞茎膨大的调控过程中作用不大。另外，还发现茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）相关基因在石蒜鳞茎膨大过程中表达上调，暗示 JA 和 SA 的调控作用可能与石蒜鳞茎的膨大呈正相关。 

 

石蒜（Lycoris radiata）具有较高的药用价值和观赏价值。石蒜可用于生产鲜切花、盆花等供应城市园林绿化，也可栽植于林下打造成独特的林下景观。从石蒜鳞茎中提取出的生物碱（加兰他敏、力可拉敏等）可开发成药物治疗多种疾病（Jin，2007）。然而，由于石蒜鳞茎的自然膨大过程很慢，无法满足商业化生产的需求（Chang et al.，2013）。 

 

植物生长调节剂常常被用来调控鳞茎的膨大，在石蒜属植物鳞茎膨大的研究中也有相关的报道。肖郁绵等（2013）通过对石蒜叶面喷施氯吡苯脲（Forchlorfenuron，CPPU）、氯化胆碱（Choline chloride，CC）和水杨酸（Salicylic acid，JA），发现这 3 种植物生长调节剂对石蒜小鳞茎的膨大均有一定的促进作用。研究也发现，外施 CPPU 以及赤霉素合成抑制剂多效唑（Paclobutrazol，PP333）能够促进石蒜鳞茎的膨大（许俊旭  等，2019）。然而，由于石蒜鳞茎自然膨大过程中内源激素的变化规律还不清楚，因此目前如何利用植物生长调节剂调控石蒜鳞茎膨大，多是参考其他植物的研究结果。 

 

生长素（auxin）、细胞分裂素（cytokinin，CK）、赤霉素（gibberellin，GA）、脱落酸（abscisic acid，ABA）、水杨酸（Salicylic acid，SA）和茉莉酸（jasmonic acid，JA）等都参与调控贮藏性地下器官的膨大过程（孙玉燕和李锡香，2015；吴银亮  等，2017）。其中，生长素和细胞分裂素被证明与贮藏性地下器官的膨大具有密切的关系。

而赤霉素被认为具有抑制块茎膨大的作用，在马铃薯（Solanum tuberosum  L.）块茎膨大早期，控制 GA 降解的基因表达上调，GA 含量降低，块茎膨大速率加快（Roumeliotis  et  al.，2012）。另外在对百合的研究中发现，外施 GA 合成抑制剂多效唑后，鳞茎内源 GA 含量降低，养分迅速积累（Zheng et al.，2012）。脱落酸能够促进马铃薯块茎的膨大，马铃薯ABA 信号转导基因 ABF 可调控 ABA-GA 互作，过表达 ABF 基因可使匍匐茎中 ABA 含量升高，GA代谢相关基因表达下调，块茎形成增加（García et al.，2014）。



茉莉酸的含量在马铃薯块茎形成起始阶段显著升高（Abdala et al.，2002），暗示 JA 能够促进块茎的膨大。水杨酸对鳞茎的膨大也具有促进作用，大蒜鳞茎膨大期叶鞘内 SA 含量显著高于未膨大期，且叶面喷施 SA 可促进鳞茎膨大（李春香  等，2000）。然而，石蒜鳞茎膨大过程中内源激素的变化规律是否与这些研究结果一致，有待深入研究。 

 

本研究中以自构建的同一遗传背景下的石蒜自然膨大的鳞茎为材料，测定鳞茎膨大过程中 Z、ZR、IAA、CK、GA 和 ABA 含量的变化，再利用转录组测序研究内源激素合成及信号转导相关基因的表达变化，探讨石蒜鳞茎膨大过程中内源激素的调控作用，为进一步利用植物生长调节剂等加速石蒜鳞茎的膨大提供理论依据。