Page 78 - 《广西植物》2020年第8期

８ 期 姜楚等: 锥低磷胁迫响应基因的功能及代谢通路分析 １ １ ３ ３

ｇｒｅｅｎ ｂｒｏａｄ￣ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ｐｌｏｔ ｉｎ Ｄｉｎｇｈｕｓｈａｎ ａｎｄ ｐｌａｙｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｆｏｒｅｓｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅ￣
ｎａｎｃｅ ｏｆ ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙꎬ ｈｉｇｈ￣ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ｓｏｆｔｗａｒｅｓ ｗｅｒｅ
ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｅｐ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｃ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ. Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｂｙ ＦａｓｔＱＣ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｄａｔａ
ｗａｓ ｄｅｍｕｔｉｐｌｅｘｅｄ ｂｙ Ｓｔａｃｋｓ. Ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｃ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｇｅｎｏｍｅ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ
ｄＤｏｃｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｓｔａ ｆｏｒｍａｔ ｆｉｌｅ ｏｆ ｇｅｎｏｍｉｃ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｔｏｔａｌｌｙ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ １ ４８８ ｃｏｎｔｉｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｏｒ￣
ｗａｒｄ ｓｔｒａｎｄ ａｎｄ ｒｅｖｅｒｓｅ ｓｔｒａｎｄ. Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｙ Ｂｏｗｔｉｅ２ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｗａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｔｏ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ｐｅａｒｓｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｐｅｒ￣
ｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｄｉｎｇｈｕｓｈａｎ ｐｌｏｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍａ￣
ｔｒｉｘ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ３７ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ￣ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ. Ｔｈｅ ＧＯ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ ａ￣
ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ￣ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ２９ ＧＯ ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓꎬ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ １３ ｇｅｎｅｓ ｉｎ
ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｌａｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ＮＡＰＥ￣ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐａｓｅ Ｄ ａｃｔｉｖｉｔｙꎬ
ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ￣ｃ ｏｘｉｄａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙꎬ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ ａｎｄ ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ. (２) Ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ １１ ｇｅｎｅｓ ｉｎ
ｔｈｅ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｌａｓｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ＲＮＡ ｓｐｌｉｃｉｎｇꎬ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎꎬ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓ￣
ｐｏｒｔ ｉｎ ｐｈｏｔｏｓｙｓｔｅｍⅡ. Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｌａｓｓ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｎｉｎｅ ｇｅｎｅｓꎬ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔꎬ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｍｅｍ￣
ｂｒａｎｅ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｓｙｓｔｅｍⅡ. Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ＫＥＧＧ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＫＥＧＧ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ３７ ｇｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉ￣
ｃａｎｔｌｙ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｐｓｂＤ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｇｅｎｅ ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ
ｐｒｏｃｅｓｓ. Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈａｔ ｍａｎｙ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ￣ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅｓ ａｒｅ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｐａｔｈｗａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ｏｆ Ｃ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｔｒｅｓｓ. ｐｓｂＤ ｇｅｎｅ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ￣ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ
ｇｅｎｅ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｂｙ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ｌｅａｖｅｓ. Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｓｂＤ ｇｅｎｅ ｉｎ Ｃ. ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ
ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｖｅｒｔｉｆｉｅｄ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓꎬ ｌｏｗ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ￣ｒｅｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅｓꎬ ｇｅｎｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎꎬ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙ

磷(ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓꎬ Ｐ) 是植物生命活动所必需的 导等生物途径ꎮ Ｎｅｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ.(２０１８)对土壤磷充足和
大量营养元素ꎬ是核酸及磷脂的重要结构组成部 磷受限的两类欧洲温带山毛榉森林生态系统中的

分ꎬ参与多种酶的激活(Ｌａｍｂｅｒｓꎬ ２００６)ꎮ 无机磷酸 全年山毛榉枝条组织进行极性代谢组和脂质组分
盐(Ｐｉ)作为 Ｐ 可以被植物体直接吸收的主要生物 析ꎬ发现植物通过自身调控不同代谢物在体内的分
利用形式ꎬ在大多数自然及农业生态系统中ꎬ其有 布以适应不同磷浓度和不同季节下的生长需求ꎬ涉
效性成为限制植物生长、发育及产量的重要因素 及的代谢通路和机制极为复杂ꎮ 因此ꎬ分子生物学
(Ｚｈａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎮ 为适应外部低磷环境ꎬ植物已 方法可为森林群落中木本植物对环境的适应性进
形成了一系列表型、生理生化、代谢及分子响应机 化机制研究提供新途径ꎮ
２
制ꎬ促进植物对有效磷的吸收及重分配( 李键等ꎬ 鼎湖山 ２０ ｈｍ 固定监测样地( 以下简称鼎湖
２０１３)ꎮ 植物对低磷胁迫的遗传学响应机制ꎬ主要 山大样地) 位于广东省肇庆市鼎湖山国家自然保
是通过 ＤＮＡ 序列的特异性变化和诱导体内某些沉 护区 ( １１２° ３０′ ３９″—１１２° ３３′ ４１″ Ｅ、 ２３° ０９′ ２１″—
默基因的表达ꎬ使植物形态和生理上产生适应性的 ２３°１１′３０″ Ｎ)的核心区内ꎬ海拔 ２３０ ~ ４７０ ｍꎬ坡度
变化ꎬ从而提高植物对土壤难溶态磷的活化及利用 ３０° ~ ５０°ꎬ地形起伏较大( 叶万辉等ꎬ２００８)ꎮ 鼎湖
效率(马祥庆和梁霞ꎬ２００４)ꎮ 目前ꎬ针对植物响应 山大样 地 属 南 亚 热 带 季 风 气 候ꎬ 年 平 均 温 度 为
低磷的相关报道多限于模式草本植物及农作物ꎬ对 ２０.９ ℃ ꎬ年平均降雨量为 １ ９２７ ｍｍꎬ其中 ４ 月—９

森林木本植物的相关研究较少(于娇妲等ꎬ２０１７)ꎮ 月为雨季ꎬ月降雨量均高于 ２００ ｍｍꎻ１１ 月至翌年 １
Ｆａｎ ｅｔ ａｌ.(２０１６)对磷胁迫高耐受性的马尾松优良品 月为旱季ꎬ月降雨量少于 １００ ｍｍꎮ 该区地带性土
系进行质谱分析ꎬ鉴定出的 ９８ 种差异表达蛋白涉及 壤类型以赤红壤为主ꎬ山地垂直分布有黄壤及山
光合作用、生物合成、能量代谢、次级代谢、信号转 地灌丛草甸土ꎻ地带性植被类型为典型的南亚热