[发明专利]转录组及代谢组鉴定南瓜运输mRNA响应低温代谢机制的方法

说明书

本发明涉及一种转录组及代谢组鉴定南瓜运输mRNA响应低温代谢机制的方法，包括：黄瓜/南瓜嫁接；黄瓜自嫁接；南瓜自嫁接；南瓜/黄瓜嫁接；嫁接7d后，选取长势一致的植株低温处理，将速冻的组织做转录组分析。根据FPKM值计算南瓜和黄瓜组织DEG；进行非靶向代谢组学测定；根据不同代谢物的离子强度计算相应的差异强度代谢物；转录组结合基因组重测序鉴定响应低温的砧穗间运输性mRNA；DEGs、差异强度代谢物、运输mRNA和代谢途径的综合分析。本发明准确预测mRNA调控功能，节省了大量人力、物力和财力，耗时短、见效快，揭示嫁接黄瓜耐低温的器官互作分子机理，对提高冬春季节黄瓜高效栽培具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种多组学联合分析领域，具体涉及基于转录组及代谢组鉴定砧 穗间运输南瓜mRNA分子调控黄瓜低温响应的关键代谢通路和关键酶基因的鉴 定方法。

背景技术

低温胁迫(冷害和冻害)是影响植物生长发育的外界环境因素，对园艺作物 品质和产量均产生不良影响，会导致植物生长迟缓或死亡，是目前生产中的主要 问题之一，当植物处于低温胁迫下时，形态和生理参数会发生变化，如出现叶片 萎蔫黄化，气孔关闭，活性氧过剩和MDA积累等现象。黄瓜(Cucumis sativus L.) 是日光温室冬季栽培主要蔬菜作物之一，由于其根系弱对各种逆境抵抗力较差， 对低温胁迫反应敏感，黄瓜不同发育阶段对低温环境的响应有所不同。在低温环 境下，黄瓜叶片叶绿素含量降低，Rubisco蛋白的完整性也遭到破坏，使黄瓜光 合作用能力受到抑制，有机物合成减少，严重制约冬季设施栽培黄瓜的品质及产 量。

我国北方地区普遍采用嫁接手段来增强设施栽培黄瓜的幼苗耐寒性。嫁接作 为一个提高植物抗逆性、改善品质的重要手段，已经在果树、蔬菜、花卉等园艺 作物中广泛应用。在黄瓜生产过程中发现，同一品种接穗嫁接至不同砧木品种后 其性状表型不同，也会影响到接穗品种的生长发育及抗逆能力(Yinet al.,2015)， 进而影响后期的经济效益，这证明嫁接植物砧穗间存在光合作用的同化物、糖、 激素、氨基酸等信号物质的交流(Rosaet al.,2003；Xiao et al.,2020)。前人研究 中，人们已经从形态学观测、解剖学、营养运输和生理生化等方面探讨砧穗间互 作机制，但是，砧穗之间信息交流和调控的分子机制仍不清楚。近年研究发现， 嫁接园艺作物砧穗间存在大量的mRNA等信号分子，经胞间连丝在相邻的细胞 间局部移动(Lough and Lucas,2006)，进入维管系统的韧皮部-伴胞，参与砧穗 交流互作，调控转录、参与基因表达及蛋白翻译，并调控器官生长发育及对逆境 胁迫的适应性(Lucas et al.,2001；Turgeon and Wolf,2009)。研究发现，这些砧穗 间运输性mRNA信号的数量和方向在植物不同的生长条件和发育阶段均会发生 变化(Notaguchietal.,2020)。

植物对低温胁迫的响应是一个复杂的生命过程，在整个调控网络中会产生大 量的代谢中间产物和代谢终产物，包括代谢调节物质和信号转导因子等。近年来， 研究低温胁迫下植物的代谢动态变化，代谢产物直接关系到园艺作物产品的品质 和抗逆性，例如研究发现，嫁接植物可以通过增加内源性激素的合成、营养元素 的吸收传导从而使蔬菜品质得到显著提高(Lee et al.,2010)。Kakizaki等人(2017) 通过将萝卜的GLS突变体grs1-1植株与萝卜品种Karami199嫁接后发现接穗萝 卜改变了根部萝卜代谢物的组成。嫁接可以提高嫁接植株的抗逆性以及果实品质， 使番茄的番茄红素含量以及类胡萝卜素含量增加，提高嫁接植株氨基酸含量(Xu et al.,2017；Devi etal.,2020)。合适的砧木可以提高蔬菜的品质，嫁接提高产量往 往与嫁接苗的高抗性相关，抗逆性强的嫁接苗有利于接穗叶面积和干重的增加， 从而促进了植物营养积累提高产量。因此，嫁接黄瓜/南瓜耐低温的代谢水平变 化已成为研究热点，嫁接黄瓜/南瓜砧穗间运输性mRNA如何从代谢层面发挥耐 低温作用，对于充分了解嫁接砧穗互作的关键mRNA及代谢功能研究非常重要。