苗期短日照对烟草发育进程及钙依赖蛋白激酶基因表达的影响

苗期短日照对烟草发育进程及钙依赖蛋白激酶基因表达的影响烟草是我国重要的经济作物,以叶片为主要收获器官,其数量和内在品质直

接影响经济价值。大田生产中,烤烟苗期易受低温和光照的影响而改变发育进程。

为探究苗期短日照对烟草生长发育的影响和内在的响应机制,选择云烟85和兴烟1号作为材料,其中兴烟1号是由云烟85的田间突变株系选而来的多叶型品种,在四叶期分别进行8h/d(短日照)和12h/d(常规日照/对照)的日照处理,处理30d后一部分移栽到田间观察其生长发育过程,另一部分取茎尖用作基因芯片分析来筛选出与早花响应机制密切相关的候选基因,最后通过Real-Time PCR分析候选基因在处理过程中和处理结束后表达量的动态变化。研究结果如下:(1)

通过对大田生育期和主要农艺性状的比较分析发现,苗期8h/d处理加快了烟株的发育进程,缩短了烟株的营养生长。

具体表现为兴烟1号和云烟85两个品种的团棵期、现蕾期和中心花开放期

都有不同程度的提前;在农艺性状上的表现为株高降低、有效叶片数减少、茎围

和节距变小、最大叶长和最大叶宽变小。苗期8h/d处理对兴烟1号的影响大于云烟85,具体表现为兴烟1号各生育期的提前幅度大于云烟85,团棵期和现蕾期的主要农艺性状测量值降低幅度大于云烟85。

(2)对短日照处理30d后的烟苗茎尖进行了表达谱基因芯片分析。相同品种

在不同的光照处理下,云烟85和兴烟1号都有200个左右的差异表达基因被筛选出来,下调表达基因的数目比上调表达基因的数目多;在8h/d处理下,与兴烟1号相比,云烟85中检测到差异表达基因182个,上调表达基因数量约三倍于下调表达基因;在12h/d处理下,与兴烟1号相比,云烟85中检测到差异表达基因362个,上调表达基因数目近下调表达基因的两倍。

对不同处理间筛选出的差异表达基因进行KEGG功能富集分析,在植物激素

信号转导通路和钙信号通路中筛选到NtCDPK、NtCALM、NtPR1和NtMYC2共4个差异表达基因。苗期8h/d处理对云烟85中NtCDPK基因差异表达的诱导更为明显。

苗期8h/d处理降低了NtCDPK基因在兴烟1号和云烟85茎尖中的表达,在12h/d处理下,NtCDPK基因在兴烟1号中的表达量低于其在云烟85中的表达量。

(3)选择NtCDPK作为候选基因,对其基因家族的NtCPK4、NtCDPK5、NtCDPK6、NtCDPK7和NtCDPK14进行Real-Time PCR定量分析,结果表明,同一时期不同部

位相比较,5个基因在根、茎尖和叶片中均有不同程度的表达。

苗期短日照处理促进了NtCPK4和NtCDPK5在茎尖的表达,抑制了NtCDPK6、NtCDPK7和NtCDPK14在茎尖的表达。苗期短日照处理促进了NtCPK4、NtCDPK5和NtCDPK6在叶片的表达,抑制了NtCDPK7和NtCDPK14在叶片的表达。

苗期短日照处理对NtCPK4和NtCDPK14在根中的表达没有明显的影响,对NtCDPK5在根中的表达有抑制作用,对NtCDPK6和NtCDPK7在根中的表达有促进

作用。品种之间相比较,兴烟1号和云烟85在相同处理下的基因表达量云烟85整体大于兴烟1号。