牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究.pdf

園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 Acta Horticulturae Sinica 596 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2021 1250 http www ahs ac cn 收稿日期 2022 11 25 修回日期 2023 01 13 基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 31972440 31972455 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2021YFE0110700 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目 CARS 21 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目 CAAS ASTIP IVFCAAS 共同第一作者 通信作者 Author for correspondence E mail xuejingqi luyingmin 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 薛玉前 1 2 柳志勇 2 孫凱榮 2 張秀新 2 呂英民 1 薛璟祺 2 1 北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 北京 100083 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng) 制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100081 摘 要 以牡丹栽培品種 洛陽(yáng)紅 為試材 在促成栽培條件下對(duì)花芽進(jìn)行剝?nèi)~和涂抹赤霉素處理 探究其對(duì)花芽發(fā)育 葉片氣孔特征 葡萄糖 果糖 蔗糖和海藻糖 6 磷酸 T6P 水平以及糖信號(hào)相 關(guān)基因表達(dá)模式等的影響 結(jié)果表明 剝?nèi)~和赤霉素處理均有效促進(jìn)牡丹花蕾發(fā)育且能夠顯著促進(jìn)葉片 氣孔的發(fā)育 提高氣孔的開(kāi)度 剝?nèi)~和赤霉素處理能夠促進(jìn)蔗糖和葡萄糖的代謝 并通過(guò)促進(jìn) T6P 的積 累觸發(fā)糖信號(hào) 最終通過(guò)上調(diào) PsTPS1 及抑制 PsSnRK1 和 PsHXK1 在葉片中的表達(dá) 誘導(dǎo)花蕾發(fā)育 關(guān)鍵詞 牡丹 促成栽培 糖信號(hào) 海藻糖 6 磷酸 成花調(diào)控 中圖分類號(hào) S 685 11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 0513 353X 2023 03 0596 11 The Mechanism of Sugar Signal Involved in Regulating Re flowering of Tree Peony Under Forcing Culture XUE Yuqian 1 2 LIU Zhiyong 2 SUN Kairong 2 ZHANG Xiuxin 2 L Yingmin 1 and XUE Jingqi 2 1 College of Landscape Architecture Beijing Forestry University Beijing 100083 China 2 Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops Ministry of Agriculture and Rural Affairs Institute of Vegetables and Flower Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract In this study tree peony cultivar Luoyang Hong was used as the material Under the conditions of forcing culture the flower buds were defoliated and treated with gibberellin to explore the effects on the development of flower buds leaf stomatal characteristics and glucose fructose sucrose trehalose 6 phosphate T6P levels and the expression patterns of genes related to sugar signaling pathway The results showed that both defoliation and gibberellin treatments can effectively promote the development of flower buds and can significantly promote the development of stomata and increase the opening of the stomata at the same time defoliation and gibberellin treatments could promote the metabolic consumption of energy substances such as sucrose and glucose The sugar signaling pathway was triggered by sensing the accumulation of sugar signaling molecule T6P content and finally it promoted the development of flower bud by up regulating the expression of PsTPS1 in leaves and inhibiting the expression of PsSnRK1 and PsHXK1 Keywords tree peony forcing culture sugar signal T6P flowering regulation 薛玉前 柳志勇 孫凱榮 張秀新 呂英民 薛璟祺 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 597 牡丹 Paeonia suffruticosa Andr 的冬季花芽休眠屬于典型的內(nèi)休眠 只有在低溫解除休眠作 用結(jié)束后 混合芽才能夠正常萌發(fā)生長(zhǎng) 新枝伸長(zhǎng) 花蕾膨大并開(kāi)花 在牡丹的促成栽培中常利用 剝?nèi)~和赤霉素處理等人工干預(yù)手段 適時(shí)解除花芽休眠 實(shí)現(xiàn)反季節(jié)開(kāi)花 Gai et al 2013 管艷 忍 等 2017 然而剝?nèi)~和赤霉素處理費(fèi)工費(fèi)時(shí) 勞動(dòng)成本較高 部分牡丹品種在促成栽培條件下 如果不進(jìn)行剝?nèi)~和赤霉素處理 盡管混合芽能夠正常萌發(fā) 但花蕾卻會(huì)出現(xiàn)因早衰敗育無(wú)法成花的 現(xiàn)象 Wang et al 2014 劉波等 2004 認(rèn)為這可能是由于休眠解除不徹底造成的結(jié)果 鄭國(guó)生 2003 指出 牡丹如果營(yíng)養(yǎng)不足 即便徹底解除休眠也無(wú)法正常開(kāi)花 因此 改善牡丹根系溫度 能夠促進(jìn)側(cè)根伸長(zhǎng) 有利于其吸收更多的養(yǎng)分從而提高促成栽培條件下的成花率 Wang et al 2014 此外 Xue 等 2019 研究發(fā)現(xiàn) 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物 non structural carbohydratem NSC 蔗糖 葡萄糖 果糖也參與誘導(dǎo)牡丹成花的過(guò)程 可見(jiàn) 牡丹促成栽培過(guò)程中 多種因素都會(huì)影響 最終的開(kāi)花 其中碳代謝對(duì)于內(nèi)休眠解除后牡丹的開(kāi)花生理至關(guān)重要 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物主要包含單糖 二糖 糖醇 低聚糖和淀粉等可溶性糖類物質(zhì) 李婷婷 等 2018 近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn) 單糖 二糖和海藻糖 6 磷酸 T6P 等糖類衍生物既是能量物質(zhì) 還 作為重要信號(hào)媒介參與植物的各項(xiàng)生命活動(dòng) 尤其是逆境條件下植物自身通過(guò)調(diào)控糖信號(hào)途徑相關(guān) 基因的表達(dá)而適應(yīng)脅迫環(huán)境 最終調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育 Paul et al 2008 Yonekura et al 2013 Lastdrager et al 2014 Lu et al 2015 普遍認(rèn)為 T6P 是植物生長(zhǎng)發(fā)育最為關(guān)鍵的糖信號(hào)分子 在不同生長(zhǎng)階段促進(jìn)非結(jié)構(gòu)性碳水化合 物的合理利用從而影響植物的發(fā)育 例如胚胎發(fā)育 葉片衰老 成花誘導(dǎo)及花器官發(fā)育等 Eastmond et al 2002 Wingler et al 2012 Wahl et al 2013 Nuccio et al 2015 Du et al 2017 而 T6P 的合成受到 TPS1 基因的調(diào)控 因此 TPS1 作為糖信號(hào)途徑中的關(guān)鍵基因受到廣泛關(guān)注 Chary et al 2008 楊為海 等 2021 此外 HXK1 和 SnRK1 同樣在糖代謝和糖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮著重要的 作用 Chen et al 2021 擬南芥中 AtHKX1 通過(guò)感知葡萄糖水平而參與根和花序生長(zhǎng) 地上分枝 形成 葉片生長(zhǎng)和衰老等過(guò)程 Dai et al 1999 Moore et al 2003 Barbier et al 2021 還有研 究表明茶樹(shù) CsHXK1 參與高溫 干旱 低溫及鹽脅迫等多種非生物脅迫響應(yīng)過(guò)程 Li et al 2017 同樣 SnRK1 編碼的蛋白在營(yíng)養(yǎng)感受及脅迫響應(yīng)中扮演著重要角色 可在逆境條件下降低自身代謝 活動(dòng) 提高環(huán)境適應(yīng)能力 通常認(rèn)為 SnRK1 是植物生長(zhǎng)負(fù)調(diào)控因子 但對(duì)植物生長(zhǎng)也是必需的 完 全抑制 SnRK1 的表達(dá)植物將停止發(fā)育 Margalha et al 2019 Baena Gonzalez Lunn 2020 本研究中在牡丹促成栽培條件 對(duì)栽培品種 洛陽(yáng)紅 進(jìn)行剝?nèi)~和赤霉素處理 對(duì)花蕾發(fā)育情 況 葉片氣孔特征以及葡萄糖 果糖 蔗糖和 T6P 水平及相關(guān)基因表達(dá)模式等進(jìn)行了分析 以期揭 示不同處理與牡丹成花的關(guān)系 同時(shí)完善現(xiàn)有調(diào)控技術(shù)體系 為開(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)易 適用于多品種的牡 丹促成栽培技術(shù)提供參考 1 材料與方法 1 1 試材及取樣 本試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所牡丹溫室 北緯 N39 57 東經(jīng) E116 19 進(jìn)行 以 前期從牡丹資源圃 北緯 N40 33 東經(jīng) E116 15 中隨機(jī)標(biāo)記生長(zhǎng)狀態(tài)良好且長(zhǎng)勢(shì)一致的 4 年生 牡丹栽培品種 洛陽(yáng)紅 植株作為試驗(yàn)材料 2018 年 10 月 15 日對(duì)根系進(jìn)行修剪后移栽至盆 直徑 42 cm 高 38 cm 置于室外經(jīng)自然低溫處理 70 d 后 從中選取 45 盆移入日光溫室內(nèi) 并將其分成 Xue Yuqian Liu Zhiyong Sun Kairong Zhang Xiuxin L Yingmin Xue Jingqi The mechanism of sugar signal involved in regulating re flowering of tree peony under forcing culture 598 Acta Horticulturae Sinica 2023 50 3 596 606 3 組 每組 15 盆 做 3 種處理 1 對(duì)照 不做任何特殊處理 2 剝?nèi)~處理 剝?nèi)ロ敳炕ㄑ孔钔?輪 3 片新生幼葉 3 赤霉素處理 將濃度為 1 000 mg L 1 的 GA 3 溶液用毛筆涂抹于花芽 每天 1 次 連續(xù)涂抹 3 d 溫度 光照和施水均按常規(guī)管理 Xue et al 2019 在剝?nèi)~處理 0 5 15 和 25 d 后 對(duì) 3 種處理的植株葉片進(jìn)行隨機(jī)取樣 一部分樣品用錫箔紙 包好 經(jīng)液氮速凍后于 80 超低溫冰箱保存 用于基因表達(dá)分析 另一部分用于形態(tài)和生理指標(biāo) 測(cè)定 1 2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 1 2 1 氣孔參數(shù)測(cè)定 在剝?nèi)~處理 15 d 晴朗天上午 9 00 11 00 從各處理隨機(jī)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的 3 盆植株 取從 下往上數(shù)第 3 片羽狀復(fù)葉 剝?nèi)~處理測(cè)定從下往上數(shù)第 1 片羽狀復(fù)葉 避開(kāi)葉脈在靠近主脈基部 2 3 處剪下葉片 1 cm 1 cm 用 2 5 戊二醇和 1 四氧化鋨固定液固定 避光放置 48 h 后 用磷 酸緩沖液洗凈固定液 隨后采用梯度濃度的酒精溶液逐級(jí)脫水 將脫水后的樣品浸泡在醋酸異戊酯 溶液中置換樣品中的二氧化碳 最后采用二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀進(jìn)行干燥 樣品干燥后進(jìn)行展臺(tái)和噴金處理 然后利用掃描電鏡觀察并隨機(jī)選取效果良好的視野拍照 用 軟件 Image J NIH Bethesda MD 美國(guó) 測(cè)定所選圖片中氣孔開(kāi)度 長(zhǎng)度 寬度與面積 統(tǒng)計(jì)每 張圖片內(nèi)的氣孔總數(shù) 取平均值 除以圖片面積 計(jì)算 1 mm 2 葉片上的氣孔數(shù)量 1 2 2 葡萄糖 果糖和蔗糖含量測(cè)定 葡萄糖 果糖和蔗糖的提取測(cè)定參照 Xue 等 2018 的方法加以修改 液氮研磨樣品至粉末狀 用分析天平準(zhǔn)確稱取 1 00 g 用蒸餾水稀釋 2 000 倍 用超聲波振蕩萃取 30 min 吸取 1 mL 于 1 5 mL 的離心管中 13 000 r min 1 離心 10 min 將上清液通過(guò)濾膜轉(zhuǎn)移至上樣瓶中上機(jī)檢測(cè) 色譜條件 分析柱 CarboPac PA10 10 mmol L 1 NaOH 溶液作為分離的流動(dòng)相 進(jìn)樣量 10 L 柱溫 30 峰面積定量 1 2 3 T6P含量測(cè)定 T6P 的提取與測(cè)定參照 Nuccio 等 2015 的方法加以修改 液氮冷凍研磨鮮樣 準(zhǔn)確稱取 0 20 g 粉末溶解于 600 L 超純水中 振蕩混勻后超聲萃取 10 min 100 W 20 高速 13 000 r min 1 離心 10 min 吸取上清液再稀釋 100 倍 通過(guò) 0 22 m 濾膜后轉(zhuǎn)移至上樣瓶 棕色避光 中上機(jī)檢 測(cè) 利用超高效液相色譜串聯(lián)二級(jí)質(zhì)譜 UPLC MS MS 儀進(jìn)行定性定量檢測(cè) 分離柱 AQUITY UPLC BEH C18 1 7 m 2 1 mm 50 mm 流動(dòng)相 A 為乙腈 B 為 0 1 的氨水 進(jìn)樣量 10 L 柱溫 30 峰面積定量 1 2 4 基因表達(dá)分析 總 RNA 的提取采用 RNAprep Pure 多糖多酚植物總 RNA 提取試劑盒 用 1 2 瓊脂糖凝膠電泳 檢測(cè) RNA 的完整性 Nano Drop ND 2000c 分光光度計(jì)檢測(cè) RNA 濃度 選擇高質(zhì)量 RNA 采用天根 公司 FastQuant cDNA 第 1 鏈合成試劑盒合成 cDNA 按照實(shí)時(shí)熒光定量 PCR qRT PCR 引物設(shè)計(jì)原則 利用軟件 Primer 5 0 Premier Biosoft International CA 美國(guó) 設(shè)計(jì)引物 由生工生物工程 上海 股份有限公司進(jìn)行合成 定量表達(dá) 引物具體信息如表 1 以 Actin 為內(nèi)參基因 張玉喜 等 2011 qRT PCR 反應(yīng)條件參照說(shuō)明書(shū) 每 個(gè) PCR 反應(yīng)各設(shè) 3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)和 3 次技術(shù)重復(fù) 薛玉前 柳志勇 孫凱榮 張秀新 呂英民 薛璟祺 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 599 表 1 糖信號(hào)相關(guān)基因表達(dá)引物序列 Table 1 Primers sequences of sugar signaling related genes for expression analysis 基因名稱 Gene name 引物名稱 Primer name 引物序列 5 3 Sequence 產(chǎn)物長(zhǎng)度 bp Length of product PsTPS1 qRTTPS1 F CTCTCGACTTCCATGCCTTA R CTGTGATGTTCCAAGGGTTC 207 PsSnRK1 qRTSnRK1 F CACGAAGGAATGGCGAATA R CAAGGAAGGCAGCACAAAG 211 PsHXK1 qRTHXK1 F ATAAGAAAAGCCGTGGTAGAGC R AGTGTTCATACAAGCCACCATC 166 Actin qRTActin F GAGAGATTCCGTTGCCCAG R TCCTTGCTCATTCTGTCTGC 191 1 2 5 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析 Duncan s 檢驗(yàn) 2 結(jié)果與分析 2 1 剝?nèi)~和赤霉素處理對(duì)花蕾和葉片發(fā)育的影響 觀察發(fā)現(xiàn) 促成栽培條件下 洛陽(yáng)紅 牡丹 對(duì)照處理的花蕾在發(fā)育的過(guò)程中逐漸敗育 而剝 葉和赤霉素處理最終均可以形成飽滿的花蕾 圖 1 A 可見(jiàn)兩種處理對(duì)促進(jìn)花蕾發(fā)育效果顯著 通過(guò)對(duì)花芽膨大率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn) 兩種處理后花蕾膨大率比對(duì)照分別提高了 35 56 和 94 45 圖 1 B 處理 25 d 后 與其他兩個(gè)處理相比 對(duì)照葉片形態(tài)較緊湊且葉片邊緣出現(xiàn)淡紫紅色 葉片的舒 展度也不及剝?nèi)~和赤霉素處理 圖 1 C 圖 1 洛陽(yáng)紅 牡丹剝?nèi)~和赤霉素處理對(duì)花蕾和葉片發(fā)育的影響 Fig 1 Effect of defoliation and GA treatment on the development of bud and leaf of tree peony Luoyang Hong 2 2 剝?nèi)~和赤霉素處理對(duì)葉片氣孔特征的影響 在促成栽培條件下 剝?nèi)~和赤霉素處理會(huì)導(dǎo)致牡丹葉片氣孔特征發(fā)生變化 且赤霉素處理更加 明顯 與對(duì)照相比 剝?nèi)~和赤霉素處理下 洛陽(yáng)紅 的氣孔開(kāi)度分別增大了 1 04 和 2 63 倍 氣孔 密度分別下降了 5 88 和 27 94 氣孔面積與氣孔密度的變化規(guī)律相反 氣孔的長(zhǎng)度無(wú)顯著性差異 Xue Yuqian Liu Zhiyong Sun Kairong Zhang Xiuxin L Yingmin Xue Jingqi The mechanism of sugar signal involved in regulating re flowering of tree peony under forcing culture 600 Acta Horticulturae Sinica 2023 50 3 596 606 但氣孔的寬度顯著增大 結(jié)果表明 剝?nèi)~和赤霉素處理能夠顯著促進(jìn)氣孔的發(fā)育 并且提高氣孔的 開(kāi)度 圖 2 表 2 圖 2 洛陽(yáng)紅 牡丹剝?nèi)~和赤霉素處理 15 d 時(shí)葉片氣孔的掃描電鏡觀察 Fig 2 SEM micrograph cross sections of tree peony Luoyang Hong leaf stomata under partial defoliation and GA treatment on the 15th day 表 2 洛陽(yáng)紅 牡丹剝?nèi)~和赤霉素處理 15 d 時(shí)葉片氣孔的特征 Table 2 Characteristics of leaf stomata of tree peony Luoyang Hong under partial defoliation and GA treatment on the 15th day 處理 Treatment 氣孔開(kāi)度 m Stomatal aperture 氣孔密度 No mm 2 Stomatal density 氣孔長(zhǎng)度 m Stomatal length 氣孔寬度 m Stomatal width 氣孔面積 m 2 Stomatal area 對(duì)照 Control 0 27 0 21 c 251 85 26 91 a 28 68 2 81 a 23 58 1 96 b 501 44 31 66 c 剝?nèi)~ Partial defoliation 0 55 0 20 b 237 04 36 29 a 28 96 1 95 a 24 92 1 31 a 559 46 23 42 b 赤霉素 GA 0 98 0 47 a 181 49 21 85 b 28 80 2 20 a 25 69 2 11 a 593 61 26 55 a 注 數(shù)據(jù)為平均數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)差 n 6 不同的小寫(xiě)字母表示在 0 05 水平上差異顯著 Note Data mean values SD n 6 Different lowercase letters represent significant differences at 0 05 level 2 3 剝?nèi)~和赤霉素處理對(duì)葉片蔗糖 葡萄糖 果糖和 T6P 含量的影響 由圖 3 可知 洛陽(yáng)紅 牡丹剝?nèi)~和赤霉素處理后 葉片中蔗糖 葡萄糖和果糖含量的總體變 化趨勢(shì)與對(duì)照的一致 蔗糖和葡萄糖含量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì) 果糖含量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì) 剝?nèi)~和赤 霉素處理 5 d 時(shí)均顯著低于對(duì)照 剝?nèi)~和赤霉素處理后葉片中 T6P 含量變化趨勢(shì)相似 均先上升后 下降 在 15 d 達(dá)到峰值 而對(duì)照與其相反 結(jié)果表明 剝?nèi)~和赤霉處理能夠促進(jìn)能量物質(zhì)蔗糖和葡 萄糖的代謝消耗 促進(jìn)糖信號(hào)分子 T6P 含量的積累 薛玉前 柳志勇 孫凱榮 張秀新 呂英民 薛璟祺 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 601 圖 3 洛陽(yáng)紅 牡丹促成栽培條件下葉片中蔗糖 葡萄糖 果糖和 T6P 含量的變化 不同小字母表示在 P 0 05 水平上顯著差異 n 3 Fig 3 The change of sucrose glucose fructose and T6P content at Luoyang Hong tree peony under forcing culture Different letters indicate significant differences at P 0 05 level n 3 2 4 糖信號(hào)相關(guān)基因序列比對(duì)及表達(dá)分析 前期獲得了 3 個(gè)糖信號(hào)調(diào)控成花的關(guān)鍵基因 Liu et al 2021 PsTPS1 MT136702 PsSnRK1 MT136703 和 PsHXK1 MT136704 從 NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)中分別下載不同物種的 TPS1 SnRK1 和 HXK1 蛋白序列 采用 MEGA 5 0 軟件構(gòu)建了系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù) 圖 4 分析后發(fā)現(xiàn) PsTPS1 與杧果 Mangifera indica 木薯 Manihot esculenta 和橡膠樹(shù) Hevea brasiliensis 的聚為一類 說(shuō)明他 們之間的親緣關(guān)系較近 PsSnRK1 與冰花 Mesembryanthemum crystallinum 的聚為一類 表明二 者親緣關(guān)系最近 此外與茶樹(shù) Camellia sinensis 和獼猴桃 Actinidia arguta 的進(jìn)化關(guān)系也比較 近 PsHXK1 與大麻 Cannabis sativa 的聚為一類 說(shuō)明二者親緣關(guān)系最近 將 PsTPS1 蛋白序列 與杧果 木薯和橡膠樹(shù)同源蛋白序列比對(duì) 相似度分別為 76 37 80 17 和 79 57 將 PsSnRK1 蛋白序列與冰花同源蛋白序列比對(duì) 相似度達(dá)到 88 61 將 PsHXK1 蛋白序列與大麻同源蛋白序列 比對(duì) 相似度達(dá)到為 83 40 利用 qRT PCR 對(duì)不同處理?xiàng)l件下 PsTPS1 PsSnRK1 和 PsHKX1 表達(dá)水平進(jìn)行了定量分析 圖 5 PsTPS1 在剝?nèi)~和赤霉素處理 15 d 時(shí) 其表達(dá)量顯著上調(diào) 但兩種處理之間沒(méi)有差異 PsSnRK1 在剝?nèi)~處理 5 d時(shí)就有響應(yīng) 并且其表達(dá)被抑制 而在處理 15 d時(shí) 兩種處理明顯抑制其表達(dá) PsHXK1 在兩種處理 5 d 時(shí)表達(dá)下調(diào) 15 d 時(shí)表達(dá)被抑制的效果更加明顯 結(jié)果說(shuō)明 與對(duì)照比較 剝?nèi)~和 赤霉素處理均誘導(dǎo) PsTPS1 高表達(dá) 而抑制 PsSnRK1 和 PsHXK1 的表達(dá) 對(duì)于 PsSnRK1 的抑制作用 更為明顯 Xue Yuqian Liu Zhiyong Sun Kairong Zhang Xiuxin L Yingmin Xue Jingqi The mechanism of sugar signal involved in regulating re flowering of tree peony under forcing culture 602 Acta Horticulturae Sinica 2023 50 3 596 606 圖 4 不同植物中 TPS1 A SnRK1 B 和 HXK1 C 氨基酸序列進(jìn)化樹(shù) 標(biāo)尺表示不同植物 TPS1 SnRK1 或 HXK1 氨基酸序列之間的差異 Fig 4 Phylogenetic analysis of TPS1 A SnRK1 B and HXK1 C amino acid in various plants The scale in represent the difference of every TPS1 SnRK1 and HXK1 amino acid from different plants 薛玉前 柳志勇 孫凱榮 張秀新 呂英民 薛璟祺 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 603 圖 5 洛陽(yáng)紅 牡丹剝?nèi)~和赤霉素處理對(duì)糖信號(hào)相關(guān)基因 PsTPS1 PsSnRK1 和 PsHXK1 在葉片中的表達(dá)水平的影響 不同的小寫(xiě)字母表示同一時(shí)期不同處理間在 0 05 水平上差異顯著 數(shù)據(jù)為平均數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)差 n 3 Fig 5 Effect of defoliation and GA treatment on the expression of PsTPS1 PsSnRK1 and PsHXK1 in leaves of tree peony Luoyang Hong The different lowercase letters indicated a significant difference among different treatment in expression of gene Duncan s test at P 0 05 after analysis of variance data are shown as mean SD n 3 3 討論 前人研究發(fā)現(xiàn) 牡丹促成栽培條件下對(duì)花蕾進(jìn)行剝?nèi)~和赤霉素處理 可通過(guò)非結(jié)構(gòu)性碳水化合 物蔗糖 葡萄糖 果糖作為媒介物質(zhì)調(diào)控開(kāi)花過(guò)程 Xue et al 2019 本研究中發(fā)現(xiàn) 剝?nèi)~和赤霉 素處理 5 d 后 葉片中蔗糖和葡萄糖含量快速減少并顯著低于對(duì)照 這說(shuō)明剝?nèi)~和赤霉素處理加速 了牡丹體內(nèi)對(duì)蔗糖和葡萄糖的代謝利用 從而促進(jìn)植株的花蕾發(fā)育 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物不僅能作為能量底物 還可以觸發(fā)糖信號(hào)通路 Rolland et al 2002 Moghaddam Ende 2013 蘋(píng)果噴施少量的蔗糖能夠使花蕾中的蔗糖水平顯著提高 花蕾的大小 和成花率也隨之增加 Du et al 2017 外源葡萄糖促進(jìn) 長(zhǎng)富 2 號(hào) 蘋(píng)果花芽生理分化期可溶性 糖積累 誘導(dǎo)成花關(guān)鍵基因 MdFT1 MdFD MdLFY MdSOC1 和 MdAP1 顯著上調(diào) 成花抑制基因 MdTFL1 表達(dá)顯著下調(diào) 張麗之 等 2019 T6P 作為重要的糖信號(hào)物質(zhì) 參與調(diào)控植物生殖發(fā)育 和碳同化物質(zhì)分配 Oszvald et al 2018 降低擬南芥 T6P 水平顯著推遲了開(kāi)花時(shí)間 Wahl et al 2013 本研究中牡丹花蕾剝?nèi)~和赤霉素處理都提高了葉片中 T6P 的含量 特別是在處理 15 d 時(shí)顯 著高于對(duì)照 因此認(rèn)為牡丹在促成栽培條件下 剝?nèi)~和赤霉素處理可以通過(guò)促進(jìn)可溶性糖的分配與 利用改變植物體內(nèi) T6P 含量 從而觸發(fā)糖信號(hào)調(diào)控植物花蕾發(fā)育 已經(jīng)證實(shí) TPS1 SnRK1 和 HXK1 與植物糖信號(hào)通路密切相關(guān) Moore et al 2003 Vandesteene et al 2010 Z iga S nchez et al 2019 Fichtner et al 2020 且參與植物的多個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程 Xue Yuqian Liu Zhiyong Sun Kairong Zhang Xiuxin L Yingmin Xue Jingqi The mechanism of sugar signal involved in regulating re flowering of tree peony under forcing culture 604 Acta Horticulturae Sinica 2023 50 3 596 606 擬南芥 AtTPS1 的表達(dá)是植株由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)渡到生殖生長(zhǎng)必不可少的 Redondo G mez et al 2010 Wahl et al 2013 同樣 在蘋(píng)果 Malus domestica Borkh 中 MdTPS1 和 MdTPS2 的表達(dá)觸發(fā) 了植物誘導(dǎo)開(kāi)花這一過(guò)程 Du et al 2017 當(dāng)香蕉植株處于鹽脅迫條件時(shí) MaTPS1 的表達(dá)量增 加 說(shuō)明 MaTPS1 在鹽脅迫條件下通過(guò)編碼 MaTPS1 蛋白來(lái)調(diào)控抗鹽機(jī)制 增強(qiáng)植株的抗鹽性 許 桂鶯 等 2015 本研究中 與對(duì)照相比 剝?nèi)~和赤霉素兩種處理在 15 d 時(shí)均可以誘導(dǎo) PsTPS1 高 表達(dá) 說(shuō)明這兩種處理給植株本身造成了脅迫 植株為保證正常生長(zhǎng)而調(diào)控 PsTPS1 表達(dá)以響應(yīng)這 種脅迫 同時(shí)調(diào)控誘導(dǎo)了促成栽培條件下的成花 在植物中 SnRK1 作為重要的調(diào)控因子 在碳能缺乏或不足時(shí)其活性被激活 從而負(fù)調(diào)控植物 開(kāi)花和衰老等多種發(fā)育過(guò)程 其在轉(zhuǎn)錄水平上與 T6P 水平相反 Baena gonzalez et al 2007 Tsai Gazzarrini 2014 在擬南芥中 AKIN10 SnRK1 的亞型 的過(guò)表達(dá)延遲了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和開(kāi)花時(shí)間 而 SnRK1 的沉默導(dǎo)致開(kāi)花提前 Baena gonzalez et al 2007 Tsai Gazzarrini 2012 本研究中 對(duì)照處理葉片 PsSnRK1 在 15 d 時(shí)表達(dá)顯著上調(diào) 而剝?nèi)~和赤霉素處理則抑制 PsSnRK1 表達(dá) 結(jié)合 T6P 含量的變化趨勢(shì)進(jìn)一步說(shuō)明了兩種處理通過(guò)協(xié)調(diào)源庫(kù)關(guān)系而為植株生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的能量 保證后期開(kāi)花過(guò)程的正常進(jìn)行 HXK 己糖激酶 除參與糖代謝外 還作為糖信號(hào)傳感器而響應(yīng)環(huán)境變化調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育 Moore et al 2003 Granot et al 2013 被認(rèn)為是雙功能酶 在轉(zhuǎn)基因番茄中 AtHXK1 過(guò)量表 達(dá)抑制植株生長(zhǎng)并促進(jìn)衰老 Dai et al 1999 本研究中剝?nèi)~和赤霉素處理都抑制 PsHXK1 的表達(dá) 同樣說(shuō)明經(jīng)兩種處理后有更多的碳能參與牡丹的生長(zhǎng)發(fā)育 之后經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)而下調(diào) PsHXK1 的表 達(dá) 最終通過(guò) HXK 介導(dǎo)的糖信號(hào)路徑而調(diào)控牡丹的成花 基因差異表達(dá)結(jié)果表明 牡丹花蕾剝?nèi)~和赤霉素處理能夠觸發(fā)糖信號(hào)通路 并通過(guò)促進(jìn) PsTPS1 在葉片中表達(dá) 同時(shí)抑制 PsSnRK1 和 PsHXK1 的表達(dá) 而促進(jìn)花蕾發(fā)育 結(jié)合形態(tài)和糖含量變化等 結(jié)果說(shuō)明 雖然剝?nèi)~和赤霉素處理都可以實(shí)現(xiàn)成花 但剝?nèi)~處理費(fèi)事費(fèi)力且容易造成花蕾基部損傷 而赤霉素處理可以滿足促成栽培條件下花蕾生長(zhǎng)發(fā)育的條件 并且效率高 能耗少且成花率高 References Baena Gonzalez E Lunn J E 2020 SnRK1 and trehalose 6 phosphate two ancient pathways converge to regulate plant metabolism and growth Current Opinion in Plant Biology 55 52 59 Baena Gonzalez E Rolland F Thevelein J M Sheen J 2007 A central integrator of transcription networks in plant stress and energy signalling Nature 448 7156 938 942 Barbier F F Cao D Fichtner F Weiste C Perez Garcia M D Caradeuc M Gourrierec J L Sakr S Beveridge C A 2021 HEXOKINASE1 signalling promotes shoot branching and interacts with cytokinin and strigolactone pathway New Phytologist 231 1088 1104 Chary S N Hicks G R Choi Y G Carter D Raikhel N V 2008 Trehalose 6 phosphate synthase phosphatase regulates cell shape and plant architecture in Arabidopsis Plant Physiology 146 1 97 107 Chen Q S Zhang J Li G 2021 Dynamic epigenetic modifications in plant sugar signal transduction Trends in Plant Sciences 27 4 379 390 Dai N Schaffer A Petreikov M Shahak Y Giller Y Ratner K Levine A Granot D 1999 Overexpression of Arabidopsis hexokinase in tomato plants inhibits growth reduces photosynthesis and induces rapid senescence The Plant Cell 11 7 1253 1266 Du L Qi S Ma J Xing L Fan S Zhang S Li Y Shen Y Zhang D Han M 2017 Identification of TPS family members in apple Malus domestica Borkh and the effect of sucrose sprays on TPS expression and floral induction Plant Physiology and Biochemistry 120 10 23 Eastmond P J van Dijken A J Spielman M Kerr A Tissier A F Dickinson H G Jones J D Smeekens S C Graham I A 2002 Trehalose 6 phosphate synthase 1 which catalyses the first step in trehalose synthesis is essential for Arabidopsis embryo maturation The Plant Journal 29 2 225 235 薛玉前 柳志勇 孫凱榮 張秀新 呂英民 薛璟祺 牡丹促成栽培中糖信號(hào)調(diào)控成花的機(jī)理研究 園藝學(xué)報(bào) 2023 50 3 596 606 605 Fichtner F Olas J J Feil R Watanabe M Krause U Hoefgen R Stitt M Lunn J E 2020 Functional features of TREHALOSE 6 PHOSPHATE SYNTHASE1 an essential enzyme in Arabidopsis The Plant Cell 32 1949 1972 Gai S P Zhang Y X Liu C Y Zhang Y Zheng G S 2013 Transcript profiling of Paoenia ostii during artificial chilling induced dormancy release identifies activation of GA pathway and carbohydrate metabolism PLoS ONE 8 2 e55297 Granot D David Schwartz R Kelly G 2013 Hexose kinases and their role in su