干旱脅迫下煙草脯氨酸雜種優(yōu)勢及相關(guān)基因差異表達分析

孟軍 吳迪 夏志林 喻奇?zhèn)? 王軍 劉雙 陳倩 田茂竹 李顯航 汪志威 劉仁祥

摘 要：為探討干旱脅迫下煙草脯氨酸雜種優(yōu)勢的分子遺傳基礎(chǔ)，以抗旱性差異較大的7個煙草品種及其組配的10個雜交組合為材料，采用盆栽試驗設(shè)置干旱脅迫處理，進行了煙草脯氨酸雜種優(yōu)勢及其相關(guān)基因差異表達分析。結(jié)果表明，干旱脅迫下煙草脯氨酸含量在脅迫早期持續(xù)增加，第14天后開始下降；雜交組合間脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢差異明顯，中親優(yōu)勢最高40.35、最低?51.66；強優(yōu)勢組合中脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因P5CS和δ-OAT相對表達量明顯高于弱優(yōu)勢組合，分別是弱優(yōu)勢組合的2.10倍、1.87倍；脯氨酸雜種優(yōu)勢與P5CS基因相對表達量在旺長期持續(xù)干旱7 d時存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與δ-OAT基因相對表達量在伸根期持續(xù)干旱14 d、旺長期持續(xù)干旱7 d和14 d呈顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.98和?0.96。結(jié)果顯示，脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因δ-OAT和P5CS的時序性上調(diào)或下調(diào)表達是相應(yīng)時期煙草脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢形成的分子基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煙草；干旱脅迫；脯氨酸；雜種優(yōu)勢；基因差異表達

中圖分類號：S572.03 文章編號：1007-5119（2018）02-0001-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.02.001

Analysis of Proline Heterosis and Differential Expression of Relate Genes in Tobacco under Drought Stress

MENG Jun1， WU Di1， XIA Zhilin2， YU Qiwei3， WANG Jun2， LIU Shuang1， CHEN Qian1，

TIAN Maozhu1， LI Xianhang1， WANG Zhiwei1， LIU Renxiang1*

（1. Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality Research， Guiyang 550025， China； 2. Zunyi Tobacco Company， Zunyi， Guizhou 564000， China； 3. Bijie Tobacco Company， Bijie， Guizhou 551700， China）

Abstract： In order to explore the molecular genetic basis of proline heterosis in tobacco under drought stress， 7 tobacco varieties with different drought resistance and 10 hybrid combinations were used as materials， and drought stress treatments were set up to analyze proline heterosis and differential expression of related genes in tobacco by pot experiments. The results showed that the content of tobacco proline under drought stress increased continuously at the early stage and decreased after the 14th day. The heterosis of proline content in hybrid combinations was significantly different， and the proline content had the mid-parent heterosis with the highest value of 40.35 and the lowest of -51.66. The relative expression levels of the proline synthesis key enzyme genes P5CS and δ-OAT were significantly higher in the strong-dominant combinations， being 2.10 times and 1.87 times of those of the weak-dominant combinations， respectively. There was a significant positive correlation between the proline heterosis and P5CS gene relative expression after persistent drought for 7d at the vigorous growth stage. The correlations between the proline heterosis and δ-OAT gene relative expression were significant or extremely significant after persistent drought for 14d at the root extension stage and persistent drought for 7d and 14d at the vigorous growth， with correlation coefficients of 0.93， 0.98 and -0.96， respectively. Therefore， the up-regulation or down-regulation of δ-OAT and P5CS was the molecular basis for the formation of heterosis of tobacco proline content during the corresponding growth periods.

Keywords： Nicotiana tabacum； drought stress； proline； heterosis； gene differential expression

基金項目：貴州省科技廳人才團隊建設(shè)項目“貴州省煙草品質(zhì)遺傳改良與生物轉(zhuǎn)化科技創(chuàng)新人才團隊”{黔科合人才團隊[2015]4011號}，貴州省高

層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃——百層次人才{黔科合平臺人才[2016]5663號}；貴州省煙草公司重大專項“優(yōu)質(zhì)烤煙品種選育關(guān)鍵技術(shù)研究

與品種選育”（黔煙科201602）；貴州省煙草公司遵義市公司項目“遵義煙區(qū)烤煙品種篩選布局與后備品種選育研究”{遵煙計[2016]07號}

作者簡介：孟 軍（1993-），男，在讀碩士研究生，研究方向：作物遺傳育種。E-mail：1012506570@qq.com。*通信作者，E-mail：rxliu@gzu.edu.cn

收稿日期：2017-10-07 修回日期：2018-01-31

干旱脅迫是制約植物生長發(fā)育、影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要逆境因素之一[1]。煙草對水分有較高的要求，其生長季節(jié)田間持水量低于50%，產(chǎn)量和品質(zhì)會受到影響[2]。西南地區(qū)是我國煙葉的主產(chǎn)區(qū)，因其獨特的生態(tài)環(huán)境，旱災(zāi)頻發(fā)，且缺乏必要的灌溉條件，因此，降低煙草自身對水分缺乏的敏感性，選育利用抗旱品種已成為抵御干旱逆境的重要研究方向和有效途徑。干旱脅迫條件下，植物會迅速合成和積累大量的脯氨酸、甜菜堿等一系列的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以游離狀態(tài)存在于植物細胞中，以抵御干旱逆境；前人對抗旱性的研究主要集中在脯氨酸含量與抗旱性的關(guān)系、脯氨酸合成酶相關(guān)基因的鑒定克隆和轉(zhuǎn)化方面[3-5]，從大豆[6]、豌豆[7]、菜豆[8]、甘蔗[9-10]、擬南芥[11]、羅布麻[12]等植物中克隆出二氫吡咯-5-羧酸合成酶（P5CS）、Δ1-二氫吡咯羧酸還原酶（P5CR）和鳥氨酸-δ-氨基轉(zhuǎn)移酶（δ-OAT）等多個與脯氨酸合成酶相關(guān)的基因；P5CS基因轉(zhuǎn)化煙草[13]、冰草[14]、擬南芥[15]，轉(zhuǎn)基因植株中脯氨酸含量比野生型對照高幾倍，對干旱逆境脅迫的抗逆性及耐受性顯著增強；ROOSENS等[16]在煙草中超量表達δ-OAT基因，轉(zhuǎn)δ-OAT煙草在非脅迫條件下合成脯氨酸能力是對照的4倍，對干旱等水分脅迫的耐受性顯著提高。而有關(guān)煙草脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢的分子遺傳基礎(chǔ)研究未見報道，本研究以耐旱品種K326、南江三號、韭菜坪2號及干旱敏感品種畢納一號、紅花大金元、NC82、TN90及其組配的雜交組合為材料[17]，采用盆栽試驗，于煙草生長對水分敏感的伸根期和旺長期進行干旱脅迫處理，通過研究干旱脅迫條件下煙草脯氨酸含量累積的動態(tài)變化、脯氨酸性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)、脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因的表達及其與雜種優(yōu)勢的關(guān)系，旨在闡明脯氨酸性狀雜種優(yōu)勢形成的分子遺傳基礎(chǔ)，為抗旱性煙草雜交種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究選用耐旱品種K326、南江三號、韭菜坪2號及干旱敏感品種畢納一號、紅花大金元、NC82、TN90為親本，同時以NC82、K326為母本，TN90、韭菜坪2號、畢納一號、南江三號和紅花大金元等5個品種為父本，組配了10個組合，共17個試驗材料。

1.2 試驗方法與設(shè)計

本試驗在貴州大學(xué)煙草科研基地塑料大棚里進行，采用盆栽試驗。試驗用盆高45 cm、底徑25 cm、口徑35 cm。供試土壤為0～20 cm的煙田表層土（黃壤），土壤pH 5.53，有機質(zhì)25.36 g/kg，全氮1.52 g/kg，有效磷17.35 mg/kg，速效鉀190.26 mg/kg；經(jīng)自然風(fēng)干后過0.5 cm篩后裝盆，每盆裝土15 kg。每盆施煙草專用復(fù)合肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=10∶11∶25] 60 g，于2015年4月7日統(tǒng)一移栽，待生長到適宜處理時期進行干旱脅迫處理。干旱處理采用稱重法控制土壤相對含水量，伸根期干旱處理的土壤相對含水量為田間最大持水量的30%～35%，連續(xù)干旱21 d；旺長期干旱處理的土壤相對含水量為田間最大持水量的35%～40%，連續(xù)干旱21 d。3次重復(fù)，每重復(fù)255盆。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 取樣方法 于持續(xù)干旱處理第7天、第14天和第21天上午7：00—8：00取中部葉片，每個重復(fù)隨機取3株混合，保存于超低溫冰箱中用于脯氨酸測定和提取RNA。

1.3.2 脯氨酸測定方法 參照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司脯氨酸（proline，pro）試劑盒說明書測定煙草植株中Pro活性。

1.3.3 樣品總RNA提取與cDNA合成 參照OMIGA E.Z.N.A.TM Plant RNA Protocol II（for difficult samples）提取總RNA，cDNA合成的20 ?L反應(yīng)體系按（High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit，ABI）試劑盒說明書進行。

1.3.4 Real-time PCR 根據(jù)NCBI數(shù)據(jù)庫中報道的煙草脯氨酸相關(guān)基因P5CS、δ-OAT的基因序列，利用primer 5軟件設(shè)計各基因表達引物，P5CS上游引物：5'- TGGGCATCAACTGGAGAGATAGG -3'、5'-CCTGAAGCCGCCTGGAACAT-3'； δ-OAT上游引

物：5'- ACAGCTCTTAAGCTGGCAAGGA -3'、下游引物：5'-ACAACTCATGGAGATTGCAGCCA-3'。以煙草Actin基因（上游引物：5'-GGTAGCTC CACCTGAGAGGAAGT-3'、下游引物：5'-GCCTTT GCAATCCACATCTGT-3'）為內(nèi)參基因。

實時定量PCR操作根據(jù)ABI Power SYBR?Green PCR Master Mix使用操作說明進行。Real-time PCR的反應(yīng)體系為：Power SYBR Green PCR Master Mix（2×）10 ?L，引物1 1.0 ?L，引物2 1.0 ?L，cDNA 4.0 ?L，ddH2O 4.0 ?L。擴增條件為：95 ℃ 10 min；95 ℃ 15 s；60 ℃ 1 min，40個循環(huán)。每個樣品取樣3次，每次設(shè)置3個重復(fù)。根據(jù)Actin基因的表達量，以2-ΔΔCt法計算各基因相對表達量。

1.3.5 統(tǒng)計分析方法 本研究采用比較閾值法（2-ΔΔCt）對強弱優(yōu)勢組合中P5CS、δ-OAT基因的Real-time PCR測定結(jié)果進行相對定量分析，2-ΔΔCt=2-（雜交組合ΔCt-雙親平均ΔCt），其中：ΔCt=目的基因Ct-內(nèi)參ActinCt，雙親平均ΔCt=（父本ΔCt-母本ΔCt）/2。采用SPSS 20.0、Excel 2013和DPS 14.10統(tǒng)計軟件對脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢、脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因的表達量及其與脯氨酸含量和雜種優(yōu)勢的相關(guān)性進行統(tǒng)計分析。其中雜種優(yōu)勢計算公式為：

超親優(yōu)勢=（F1-HP）/HP×100

中親優(yōu)勢=（F1-MP）/MP×100

式中，MP為雙親平均值；HP為高親值；F1為雜種一代性狀平均值。

2 結(jié) 果

2.1 干旱脅迫下不同材料脯氨酸含量差異分析

由不同親本間脯氨酸含量測定結(jié)果（表1）看出，親本間煙葉脯氨酸含量差異極顯著，且在兩個處理時期的表現(xiàn)趨勢基本一致；K326和南江三號品種的脯氨酸含量最高，且差異不顯著，但極顯著高于其他5個親本。結(jié)果說明改良煙草脯氨酸含量的現(xiàn)有品種資源較為豐富。

由不同組合間脯氨酸含量測定結(jié)果（表1）看出，組合間煙葉脯氨酸含量差異極顯著，在兩個處理時期的表現(xiàn)趨勢不完全一致；K326×南江三號、NC82×南江三號組合在兩個處理時期的脯氨酸含量均較高。結(jié)果說明，采用優(yōu)勢育種可以選育出脯氨酸含量高的雜交種。

表1 7個親本和10個雜交組合脯氨酸含量

Table 1 Proline content of 7 parents and 10 cross combinations μg/g

親本

Parent 伸根期

Root extension stage 旺長期

Vigorous growth stage

南江三號Nanjiang No.3 812.40aA 924.53aA

K326 752.65aA 867.87aA

畢納一號Bina No.1 489.66bB 544.98bB

韭菜坪2號Jiucaiping No.2 477.71bcB 542.24bB

紅花大金元

Honghuadajinyuan 389.66bcB 451.14bB

TN90 365.14cB 498.02bB

NC82 364.24cB 424.66bB

K326×TN90 523.33aA 499.38eC

NC82×畢納一號

NC82×Bina No.1 521.21aA 533.40deC

K326×韭菜坪2號

K326×Jiucaiping No.2 507.56aA 565.09cdeC

K326×南江三號

K326×Nanjiang No.3 505.16aA 871.93aA

NC82×TN90 505.16aA 647.47bcBC

NC82×紅花大金元

NC82×Honghuadajinyuan 496.92aA 544.88cdeC

NC82×南江三號

NC82×Nanjiang No.3 492.68aA 721.62bB

NC82×韭菜坪2號

NC82×Jiucaiping No.2 447.16aA 539.22deC

K326×畢納一號

K326×Bina No.1 454.51aA 640.02bcdBC

K326×紅花大金元

K326×Honghuadajinyuan 276.08bB 546.33cdeC

注：表中數(shù)值為干旱脅迫第7天、第14天、第21天的平均值，分別對親本和組合進行差異分析，小寫和大寫字母不同分別表示在5%和1%水平差異顯著性。

Note： The values in the table are the mean values of the 7th， 14th， and 21st days of drought stress. The differences between the parent and the combination are respectively analyzed. The difference between Lowercase and uppercase letters indicates that the difference is significant at the level of 5 % and 1 %， respectively.

2.2 干旱脅迫條件下脯氨酸含量的動態(tài)變化

由不同時期干旱脅迫處理參試材料不同天數(shù)的脯氨酸含量測定結(jié)果（圖1）看出，所有參試材料的煙葉脯氨酸含量動態(tài)變化基本一致，在干旱脅迫處理初期隨著干旱的持續(xù)而增加，除韭菜坪2號、NC82×南江三號等材料外，其余14個參試材料在干旱脅迫持續(xù)14 d后開始下降。結(jié)果說明14 d是

圖1 干旱脅迫條件下脯氨酸含量的動態(tài)變化

Fig. 1 Dynamic changes of proline content under drought stress conditions

煙株對干旱反應(yīng)的轉(zhuǎn)折點，干旱脅迫初期，煙株通過增加脯氨酸含量來增加細胞的持水力，維持細胞正常代謝；干旱持續(xù)14 d后，煙株生理機能受到嚴重傷害導(dǎo)致脯氨酸的合成能力下降；抗旱性強的材料抵御生理傷害持續(xù)的時間長，脯氨酸含量下降的時間延后。

2.3 干旱脅迫條件下煙葉脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

由雜交組合脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢計算結(jié)果（表2）看出，各雜交組合間脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢差異較大，NC82×紅花大金元、NC82×TN90組合脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢較高，K326×TN90、K326×紅花大金元組合脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢較低，可作為強、弱優(yōu)勢代表組合用于脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢的基因差異表達分析。

2.4 干旱脅迫條件下脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因表達分析

由干旱脅迫下脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因相對表達量測定結(jié)果（圖2）看出，脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因在不同優(yōu)勢組合間的相對表達量有明顯差異，P5CS和δ-OAT基因在強優(yōu)勢組合中的相對表達量明顯高于弱優(yōu)勢組合，分別是弱優(yōu)勢組合的2.10倍、1.87倍。不同脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因在不同組合內(nèi)的相對表達量和表達時序有差異，NC82×紅花大金元組合中P5CS和δ-OAT基因的相對表達量均是伸根期持續(xù)干旱14 d達到最高，分別是親本平均表達量的6.46倍、5.37倍，且66.7%的時序點超過雙親平均表達量；NC82×TN90組合中P5CS基因的相對表達量在旺長期干旱14 d時最高，為親本平均表達量的13.9倍，而δ-OAT基因的相對表達量在不同時期的變化較小，且83.3%的時序點超過雙親平均表達量；在K326×紅大和K326×TN90弱優(yōu)勢組合中，

表2 各雜交組合脯氨酸含量性狀的雜種優(yōu)勢

Table 2 Heterosis of proline content in different hybrid combinations

雜交組合 Hybrid combination 中親優(yōu)勢Mid-parent heterosis 超親優(yōu)勢Over-parent heterosis

伸根期干旱處理

Drought treatment

at root extension stage 旺長期干旱處理

Drought treatment

at vigorous growth stage 伸根期干旱處理

Drought treatment

at root extension stage 旺長期干旱處理

Drought treatment

at vigorous growth stage

NC82×TN90 38.52 40.35 38.35 30.01

K326×TN90 ?6.36 ?26.88 ?30.47 ?42.46

NC82×韭菜坪2號 NC82×Jiucaiping No.2 6.22 11.54 ?6.40 ?0.56

NC82×畢納一號 NC82×Bina No.1 22.08 10.02 6.44 ?2.13

NC82×南江三號 NC82×Nanjiang No.3 ?16.26 6.97 ?39.35 ?21.95

NC82×紅花大金元 NC82×Honghuadajinyuan 31.83 24.43 27.53 20.78

K326×畢納一號 K326×Bina No.1 ?26.83 ?9.40 ?39.61 ?26.25

K326×韭菜坪2號 K326×Jiucaiping No.2 ?17.49 ?19.85 ?32.56 ?34.89

K326×紅花大金元 K326×Honghuadajinyuan ?51.66 ?17.16 ?63.32 ?37.05

K326×南江三號 K326×Nanjiang No.3 ?35.44 ?2.71 ?37.82 ?5.69

圖2 干旱脅迫下脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因相對表達量

Fig. 2 Relative expression of pronline synthase genes under drought stress

P5CS、δ-OAT的表達量均在旺長期持續(xù)干旱14 d時達到最高，分別是親本平均表達量的5.57倍、6.48倍，但僅有41.7%和33.3%的時序點超過雙親平均表達量。結(jié)果說明脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因P5CS、δ-OAT的相對表達量高低和持續(xù)表達時間影響了脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢的形成。

2.5 脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因表達與脯氨酸雜種優(yōu)勢的相關(guān)分析

由脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因相對表達量與脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢的相關(guān)性分析結(jié)果（表3）看出，脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢與P5CS基因相對表達量在旺長期持續(xù)干旱7 d呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢與δ-OAT基因相對表達量在伸根期持續(xù)干旱14 d、旺長期持續(xù)干旱7 d呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與δ-OAT基因相對表達量在旺長期持續(xù)干旱14 d呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，與δ-OAT基因相對表達量的相關(guān)系數(shù)大于與P5CS基因相對表達量的相關(guān)系數(shù)；同時，δ-OAT基因相對表達量與P5CS基因相對表達量在伸根期整個處理時間和旺長期持續(xù)干旱7 d呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。結(jié)果說明煙草脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢主要是由于脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因δ-OAT和P5CS的高效表達引起的，δ-OAT基因的作用強于P5CS基因，且兩個基因間存在顯著的互作，因此，在煙草抗旱性優(yōu)勢育種中，應(yīng)首先選擇δ-OAT基因高效表達類型材料，同時要兼顧P5CS基因高效表達類型材料的選擇。

3 討 論

植物細胞在遭受干旱脅迫時都會主動積累大量脯氨酸，降低植物體內(nèi)的水勢來維持體內(nèi)的水分平衡，起著保護植物免受干旱脅迫的傷害。植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗旱性強弱，抗旱性強的品種往往積累較多的脯氨酸。本研究對7個親本及其組配的10個雜交組合材料進行干旱脅迫處理，結(jié)果表明不同親本間和雜交組合間的脯氨酸含量存在明顯差異，材料間脯氨酸含量的不同體現(xiàn)了各自抗旱性強弱差異，現(xiàn)有可用于抗旱性育種的品種資源較為豐富，采用優(yōu)勢育種方法有可能選育出脯氨酸含量高的雜交種。

前人關(guān)于脯氨酸與抗旱性方面的研究注重短時期干旱的脯氨酸含量變化，沒有持續(xù)觀察脯氨酸含量的動態(tài)變化趨勢[18-20]，本文采取持續(xù)干旱處理7、14和21 d研究干旱脅迫下煙草脯氨酸含量動態(tài)變化，結(jié)果表明脯氨酸含量在伸根期至旺長期有明顯的上升趨勢，同一生育時期隨干旱脅迫的持續(xù)而增加，第14天后開始下降。崔保偉等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同生育時期水分脅迫處理的烤煙葉片中游離脯

表3 干旱脅迫下脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因表達與脯氨酸雜種優(yōu)勢的相關(guān)分析

Table 3 Correlation analysis of gene expression of proline synthesis key enzymes and heterosis of

auxiliary ammonia under drought stress

相關(guān)系數(shù)

Correlation

coefficient 伸根期干旱處理

Drought treatment at root extension stage 旺長期干旱處理

Drought treatment at vigorous growth stage

δ-OAT 雜種優(yōu)勢Heterosis δ-OAT 雜種優(yōu)勢Heterosis

7d 14d 21d 7d 14d 21d 7d 14d 21d 7d 14d 21d

P5CS 0.89* 0.97** 0.98** 0.67 0.81 0.64 0.88* -0.10 0.30 0.92* 0.30 0.23

δ-OAT — — — 0.42 0.93* 0.75 — — — 0.98** -0.96** 0.83

注：*和**分別表示在5%和1%水平上顯著相關(guān)。

Note： * and * * respectively indicate a significant correlation at 5% and 1% levels.

氨酸的含量均以中度干旱（50%處理）最高，就整個生育期來看，游離脯氨酸含量從團棵期到旺長期有明顯的上升趨勢，以旺長期上升幅度最大，說明水分脅迫對脯氨酸的含量變化的影響比較明顯，脯氨酸含量的高低隨干旱程度的不同而有所變化，這與本試驗結(jié)果相吻合。因此脯氨酸含量可作為煙草抗旱能力的一個指標(biāo)，為脯氨酸與煙草抗旱性關(guān)系研究提供依據(jù)。

雜交種基因全部來自于雙親，并沒有新的基因出現(xiàn)，但基因差異表達研究表明，雜交種相對于親本而言，基因表達不僅存在質(zhì)的差異，還存在量的差異，導(dǎo)致了表型的變化[22-23]?；虮磉_量的差異與雜種優(yōu)勢形成的關(guān)系密切[24-25]，TSAFTARIS等[26]通過比較雜種與親本間若干基因的表達量發(fā)現(xiàn)，有優(yōu)勢雜種的平均表達量高于無優(yōu)勢的雜種。植物體內(nèi)脯氨酸的合成有兩條途徑，分別為谷氨酸（Glu）途徑和鳥氨酸（Orn）途徑，前人研究認為，干旱脅迫條件下植物體內(nèi)脯氨酸積累主要依靠Glu途徑，Δ1-吡咯啉-5-羥酸合成酶（P5CS）是脯氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶[27]。本研究篩選強、弱優(yōu)勢組合，在伸根期和旺長期干旱脅迫下研究了P5CS、δ-OAT基因的相對表達量與雜種優(yōu)勢大小的關(guān)系，結(jié)果顯示煙草脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢主要是由于脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因δ-OAT和P5CS的高效表達引起的，δ-OAT基因的作用強于P5CS基因，說明脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢與煙草脯氨酸積累的主要調(diào)控基因有差異，脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢的關(guān)鍵 調(diào)控基因是δ-OAT。

4 結(jié) 論

雜種優(yōu)勢的形成是一個動態(tài)的、復(fù)雜的過程，煙草在不同時期不同強度的干旱脅迫下脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因的表達具有特異性和時序性。伸根期持續(xù)干旱14 d時δ-OAT上調(diào)表達、旺長期持續(xù)干旱7 d時δ-OAT和P5CS基因上調(diào)表達以及旺長期持續(xù)干旱14 d時δ-OAT基因下調(diào)表達是相應(yīng)時期煙草脯氨酸含量性狀雜種優(yōu)勢形成的分子基礎(chǔ)。

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