AtDREB1A基因過量表達對馬鈴薯生長及抗非生物脅迫基因表達的影響

賈小霞 齊恩芳 劉 石 文國宏,* 馬 勝 李建武黃 偉

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基因過量表達對馬鈴薯生長及抗非生物脅迫基因表達的影響

賈小霞1,2齊恩芳1,2劉 石1,2文國宏1,2,*馬 勝1,2李建武1,2黃 偉1,2

1甘肅省農業(yè)科學院馬鈴薯研究所 / 甘肅省馬鈴薯種質資源創(chuàng)新工程實驗室, 甘肅蘭州 730070;2農業(yè)部西北旱作馬鈴薯科學觀測實驗站, 甘肅渭源 748201

為明確基因過量表達對馬鈴薯生長及基因表達的影響,以馬鈴薯品種隴薯3號(L3)及其轉基因株系T2為材料,采用盆栽試驗,在馬鈴薯盛花期將盆土含水量控制為田間最大持水量(FWC)的45%~50%,觀察轉基因前后植株表型,并研究葉片MDA含量、RWC、SOD和POD活性及其基因表達的差異。結果表明, 正常澆水條件下2個株系各指標差異不大。脅迫20 d后,轉基因植株T2的表型明顯好于對照L3,且RWC顯著高于L3;各株系葉片的MDA含量、SOD和POD活性均明顯上升,但轉基因植株MDA含量上升幅度較對照小,抗氧化保護酶SOD、POD活性升高幅度較對照大, 說明轉基因植株細胞膜損傷和膜脂過氧化程度較輕, 植株的耐旱性明顯提高。轉錄組測序及生物信息學分析發(fā)現(xiàn),轉基因材料T2相對于L3的差異表達基因共430個,其中上調表達基因287個,下調表達基因143個。功能注釋和顯著性富集結果表明,差異表達基因富集涉及 GO 功能分類體系中生物過程、細胞組分和分子功能3個大類別,且大部分集中在細胞內和膜上,主要涉及信號傳導、氧化還原、生物調解、應激反應、發(fā)育過程、系統(tǒng)免疫過程、核酸和蛋白結合轉錄因子活性、轉運活性及催化活性。其中抗非生物脅迫相關蛋白PPR、HSP、P450、MLO等家族的大量基因表達量發(fā)生較大變化,說明這些基因在轉基因馬鈴薯抵御干旱過程中發(fā)揮著非常重要的作用。本研究為進一步解析基因提高馬鈴薯抗旱性的調控網絡奠定了基礎。

馬鈴薯;基因; 非生物脅迫; 差異表達基因; 干旱

轉錄因子DREB1A/CBF3可以調控一系列與干旱、高鹽和低溫脅迫相關的功能基因的表達[1-2], 將基因轉入農作物可以明顯提高受體作物的抗逆性[3-6]目前, 研究者已將基因通過轉基因技術導入馬鈴薯的不同品種中, 并進行了相關的研究。許昆朋[7]將擬南芥基因轉化馬鈴薯魯引1號塊莖, 對溫室生長6周的轉基因植株光合生理指標及RT-PCR的測定分析表明, 轉基因馬鈴薯中的表達可以直接或間接地誘導多種抗氧化脅迫基因的表達, 以此來提高對低溫脅迫的抗性。Dou等[8]以轉基因馬鈴薯為試驗材料, 研究基因表達與高溫逆境的相關性。通過對溫室生長6周的植株抗逆相關生理指標的測定及qRT-PCR分析表明, 高溫可以誘導轉基因植株中的表達,基因的表達明顯提高了抗氧化基因(、、和)、光合基因(、)以及蔗糖和淀粉合成基因(、)的表達量, 明顯提高了轉基因馬鈴薯的耐熱性。本課題組通過農桿菌介導法將基因導入隴薯系列馬鈴薯中[9-10], 以不同濃度的PEG溶液模擬不同程度的干旱脅迫條件, 通過對試管苗的電導率, 超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(ASP)活性的測定及轉基因植株中基因的表達情況分析表明,基因的轉入提高了抗氧化酶活性, 增強了轉基因馬鈴薯試管苗在干旱環(huán)境下的耐受能力。多項研究表明,基因的轉入, 明顯提高了馬鈴薯的抗逆性, 但關于提高馬鈴薯抗逆機制的研究主要集中在生理學和個別基因的表達變化層面, 不能全面分析其調控機制, 研究結果具有一定的局限性。

本研究在嚴格控水條件下, 試圖在明確基因過量表達對馬鈴薯植株表型、葉片相對含水量、丙二醛含量和抗氧化酶活性影響效應的基礎上, 掌握馬鈴薯葉片抗非生物脅迫相關基因對基因過量表達的響應效應, 為解析基因過量表達對馬鈴薯生長和基因表達的影響機制, 進一步為闡明提高馬鈴薯抗旱性的機制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

以馬鈴薯品種隴薯3號(L3)及其轉基因株系T2為試驗材料, 于2017年4月25日將統(tǒng)一繁殖且大小一致的各株系微型薯以同樣的深度播種于試驗盆(31 cm × 27 cm)中, 每盆1株, 每個株系種24盆, 置抗旱棚中常規(guī)管理, 待馬鈴薯出苗并生長到盛花期(7月14日)時, 選擇大小和長勢均勻一致的盆栽馬鈴薯植株12盆, 并分為2組, 每組6盆, 一組正常澆水, 一組進行水分脅迫, 脅迫時保持盆土含水量為田間最大持水量(FWC)的45%~50%, 試驗期間采用土壤水分儀和稱重法監(jiān)測土壤水分, 及時補水, 保證土壤含水量處于設定的干旱脅迫范圍。脅迫20 d后, 于8月3日早晨10:00–11:00統(tǒng)一選取同一層上部葉片帶回實驗室, 用于生理指標測定、基因表達情況和轉錄組分析, 取樣時, 各指標均為3次重復。

1.2 生理指標測定

用硫代巴比妥酸法[11]測定丙二醛(MDA)含量, 氮藍四唑(NBT)光化還原法[11]測定超氧化物歧化酶(SOD)活性, 愈創(chuàng)木酚比色法[11]測定過氧化物酶(POD)活性, 稱重法[12]測定葉片相對含水量(RWC)。

1.3 轉錄組測序

采集2個馬鈴薯材料上部相同部位葉片在液氮中速凍4 h, 然后保存于-80℃?zhèn)溆?。使用Qiagen的RNeasy Plant MiniKit提取總RNA。分別采用Nanodrop、Qubit 2.0和Aglient 2100檢測RNA的純度、濃度和完整性, 檢測合格后用于后續(xù)試驗。用oligdit磁珠富集mRNA, 以此為模板合成cDNA, 純化后進行PCR擴增, 得到最終的文庫。庫檢合格后, 委托北京百邁客生物信息科技有限公司用HiSeq 2500進行高通量測序。

1.4 差異表達基因的篩選、功能注釋和富集分析

為了保證信息分析質量, 必須將含有帶接頭的、低質量的Raw reads過濾掉, 得到Clean reads, 后續(xù)分析都基于Clean reads。采用Bowtie軟件將各樣品測序得到的Reads與參考序列比對, 根據比對結果, 結合RSEM估計表達量水平。使用FPKM (Fragments Per Kilobase of transcript per Million mapped reads)法計算基因的表達量, 找出不同樣本之間差異表達的基因(FDR<0.01且|Fold Change|≥2)。將Unigene在相應的數據庫(nr、Swiss-Prot、KEGG和COG)中進行序列比對, 獲得該Unigene序列對應的注釋信息。利用topGO軟件對注釋到GO數據庫的差異表達基因(differentially expressed genes, DEGs)進行富集分析。

1.5 實時熒光定量PCR

為分析基因表達情況、驗證RNA-Seq結果的可靠性, 以qRT-PCR檢測基因和6個轉錄組鑒定出的上、下調表達基因。用RNA simple Total RNA Kit (TIANGEN)試劑盒提取脅迫后轉基因植株和非轉基因對照上部相同部位葉片總RNA, 采用First strand cDNA Synthesis Kit (THERMO)試劑盒反轉錄成cDNA。以反轉錄的cDNA為模板, 用ABIPRISMR 7300實時熒光定量PCR儀(ABI, USA)進行實時熒光定量分析, 試驗設3次重復。反應體系為25 μL, 按照SYBR Premix Ex(TaKaRa)反應系統(tǒng), 以馬鈴薯基因為內參, 用基因特異引物和DEGs序列引物(表1)進行擴增, 反應條件為95℃預變性3 min; 95℃變性10 s, 56.9℃退火30 s, 40個循環(huán)。用Rotor-Gene軟件分析CT值, 采用2–ΔΔCT計算差異表達水平。

1.6 數據統(tǒng)計

用Microsoft Excel 2010軟件整理數據, 用DPS V3.01軟件進行單因素方差(One-way analysis, ANOVA)統(tǒng)計分析, Duncan’s法分析試驗結果的差異顯著性。所有數據均為“各重復的平均值±標準差”。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下馬鈴薯的生長狀況

在正常澆水條件下, 轉基因植株T2與對照L3均生長狀態(tài)良好且大致相同, 表明基因的轉入并未對馬鈴薯的生長發(fā)育造成不良影響。盛花期開始水分脅迫, 20 d時對照L3植株上部和中心葉片明顯萎焉卷曲、基部葉片發(fā)黃枯萎(圖1-A), 而轉基因植株T2除基部極個別葉片黃化外, 基本保持良好的生長狀態(tài)(圖1-B), 表明T2對干旱的耐受性比L3強。

表1 用于qRT-PCR表達驗證的基因及其引物

圖1 干旱脅迫下轉基因及其對照馬鈴薯表型分析

A: 未轉基因植株L3; B: 轉基因植株T2。A: no-transgenic plant L3; B: transgenic plant T2.

2.2 干旱脅迫下超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性的變化

在正常澆水條件下, 轉基因材料T2和對照L3葉片中SOD和POD活性較低, 并且各株系差異不顯著。脅迫20 d后, 各株系的SOD和POD活性均增強, 且T2的2種酶活性顯著高于對照L3 (<0.05) (圖2)。表明在遭受干旱脅迫時,過表達可提高抗氧化酶的活性, 增強植株的抗旱性。

2.3 干旱脅迫下丙二醛含量(MDA)和葉片相對含水量(RWC)的變化

在正常澆水條件下, 轉基因材料T2和對照L3葉片中MDA含量較低, 并且各株系差異不顯著。脅迫20 d后, 各株系的MDA含量明顯上升, 但轉基因材料T2的MDA含量顯著低于對照L3 (<0.05)(圖3-A)。

在正常澆水條件下, 轉基因材料T2和對照L3葉片RWC無顯著差異, 均在93%以上。水分脅迫20 d后, 各株系的葉片RWC都降低, 但轉基因材料T2的降低幅度小于對照L3, 且T2植株的RWC (85.31%)顯著高于對照L3 (79.20%)(<0.05)(圖3-B)。

圖2 干旱脅迫下馬鈴薯葉片SOD和POD活性的變化

相同處理標以不同字母的柱值在< 0.05水平上差異顯著。

Bars superscripted by different letters are significantly different at< 0.05 within the same treatment.

圖3 干旱脅迫下馬鈴薯葉片MDA含量和RWC的變化

相同處理標以不同字母的柱值在< 0.05 水平上差異顯著。

Bars superscripted by different letters are significantly different at< 0.05 within the same treatment.

2.4 干旱脅迫下AtDREB1A基因表達分析

qRT-PCR分析結果表明, 在正常澆水條件下, 轉基因材料T2和對照L3葉片中基因相對表達量差異不顯著, 差異倍數僅為2.34。脅迫20 d后, 轉基因材料T2葉片中的相對表達量顯著高于對照L3, 差異倍數高達37.56 (<0.05)(圖4)。

2.5 干旱脅迫下馬鈴薯葉片差異表達基因分析

由圖5可知,干旱脅迫下, 2個樣品的基因表達水平存在一定的差異。轉基因材料T2相對于對照L3的差異表達基因為430個,其中上調表達基因287個,下調表達基因143個。功能注釋和顯著性富集結果表明,這些差異表達基因富集涉及GO功能分類體系中生物過程、細胞組分和分子功能3個大類別, 且大部分差異表達基因集中在細胞內和膜上,主要涉及信號傳導、氧化還原、生物調解、應激反應、發(fā)育過程、系統(tǒng)免疫過程、核酸和蛋白結合轉錄因子活性、轉運活性及催化活性(圖6)。其中非生物脅迫相關基因主要涉及PPR蛋白家族、細胞色素P450蛋白家族、熱激蛋白(HSP)家族和MLO蛋白家族。

2.6 干旱脅迫下馬鈴薯葉片中抗非生物脅迫基因表達情況

2.6.1 差異表達的PPR蛋白家族基因 PPR (Pentatricopeptide repeat)蛋白家族是植物中最大的基因家族之一, 直接或間接參與植物抵抗低溫、干旱等逆境脅迫。本研究中, 共有9個PPR蛋白家族基因表達量上調(圖 7), 其中基因、和上調倍數較大, 分別為37.39、25.93和14.11倍;、、和上調倍數次之, 分別為9.40、9.14、8.53和6.19倍;和上調倍數最小且差異不大, 分別為4.99和4.47。

2.6.2 差異表達的HSP蛋白家族基因 熱激蛋白(heat shock protein, HSP)又稱熱休克蛋白或應激蛋白, 在生物體的抗逆反應中起著非常重要的作用。本研究中, 共有13個HSP家族基因表達量上調(圖8), 其中編碼HSP90, 上調6.22倍,編碼HSP70, 上調4.10倍; 其余11個均為HSP20蛋白相關基因, 表達量上調倍數的順序為(17.86) >(14.91) >(10.52) >(9.64) >(9.18) >(7.22) >(6.58) >(6.24) >(6.21) >(5.50) >(4.54)。

圖4 馬鈴薯葉片中AtDREB1A基因表達的實時熒光定量分析

相同處理標以不同字母的柱值在< 0.05 水平上差異顯著。

Bars superscripted by different letters are significantly different at< 0.05 within the same treatment.

圖5 干旱脅迫后馬鈴薯葉片中差異基因表達量火山圖

橫坐標代表基因在不同樣品中表達倍數變化; 縱坐標代表基因表達量變化的統(tǒng)計學顯著程度。圖中每個基因均由一個點表示, 黑色圓點表示無顯著性差異的基因, 左側綠色圓點表示有顯著性差異的下調基因, 右側紅色圓點表示有顯著性差異的上調基因。

The abscissa shows the log2(fold change) between the two samples; the ordinate shows the statically significance of the difference. Each gene is represented by one point on the graph. Differential genes with no significant difference were represented by black dots, those left green points and right red points represent significantly different down-regulated and up-regulated genes, respectively.

圖6 差異表達基因GO注釋聚類圖

橫坐標為GO各分類內容, 縱坐標左邊為基因數目所占百分比, 右邊為基因數目。

The abscissa is the content of each category of GO. The left side of the ordinate is the percentage of the gene number, and the right side is the gene number.

圖7 干旱脅迫下PPR蛋白家族基因表達模式聚類圖

圖中連線表示各個基因變化趨勢的相近程度, 線越短越相近。紅色表示上調表達水平, 綠色表示下調表達水平。

The lines in graph show the degree of similarity in the variation trend of each gene, andthe shorter the line is, the more similar the genes are. Red indicates the up-regulated expression level, while green indicates the down-regulated expression level.

圖8 干旱脅迫下HSP蛋白家族基因表達模式聚類圖

圖中連線表示各個基因變化趨勢的相近程度, 線越短越相近。紅色表示上調表達水平, 綠色表示下調表達水平。

The lines in graph show the degree of similarity in the variation trend of each gene, andthe shorter the line is, the more similar the genes are. Red indicates the up-regulated expression level, while green indicates the down-regulated expression level.

2.6.3 差異表達的P450蛋白家族基因 細胞色素P450家族蛋白在植物抗病蟲防衛(wèi)反應和抗非生物脅迫中都具有很重要的作用。本研究中, 共有5個編碼細胞色素P450家族蛋白基因表達量上調(圖9), 其中上調了271.06倍,上調了19.09倍,、和分別上調了9.11、5.41和4.39倍。

2.6.4 差異表達的MLO蛋白家族基因 MLO是高等植物特有的一類抗病家族, 在響應非生物脅迫中發(fā)揮重要作用。本研究中, 共有3個MLO蛋白家族基因表達量上調(圖10), 其中上調12.43倍、上調9.13倍、上調7.52倍。

圖9 干旱脅迫下P450蛋白家族基因表達模式聚類圖

圖中連線表示各個基因變化趨勢的相近程度, 線越短越相近。紅色表示上調表達水平, 綠色表示下調表達水平。

The lines in graph show the degree of similarity in the variation trend of each gene, andthe shorter the line is, the more similar the genes are. Red indicates the up-regulated expression level, while green indicates the down-regulated expression level.

2.7 差異表達基因的qRT-PCR驗證

隨機選取6個差異表達基因進行qRT-PCR驗證。其中和為上調表達基因,和為下調表達基因。以馬鈴薯為內參基因, 計算6個目的基因的相對表達量, 并與DGE 測序分析的結果比較。DGE測序分析中表達量上調的3個基因, 在脅迫后葉片中相對表達量均較對照上升; 而在DGE測序分析中表達量下調的3個基因, 在脅迫后葉片中相對表達量均低于對照, 即qRT-PCR 中6個基因表達量的變化趨勢與測序分析結果相一致(圖11), 證明RNA-seq測序結果具可靠性。2種分析方法檢測的6個差異基因的表達變化趨勢相同, 但表達量存在一定差異, 這可能由2種檢測方法的檢測范圍和靈敏度不同所致。

圖10 干旱脅迫下MLO蛋白家族基因表達模式聚類圖

圖中連線表示各個基因變化趨勢的相近程度, 線越短越相近。紅色表示上調表達水平, 綠色表示下調表達水平。

The lines in graph show the degree of similarity in the variation trend of each gene, andthe shorter the line is, the more similar the genes are. Red indicates the up-regulated expression level, while green indicates the down-regulated expression level.

圖11 干旱脅迫下L3 vs. T2差異表達基因的qRT-PCR驗證

3 討論

當處于逆境時, 植物不僅會在形態(tài)和生理上產生適應性反應, 同樣會通過調節(jié)基因表達來適應新的不良環(huán)境[13]。由逆境脅迫誘導后, 在轉基因植物中的過量表達可以激活其他一系列抗逆功能基因同時表達, 從而增強植物對干旱、低溫及高鹽等逆境的抗性[7-8,14]。本研究對盛花期的馬鈴薯進行控水處理, 將土壤含水量控制在田間最大持水量的45%~50%, 脅迫處理20 d時, 對照L3植株的葉片萎蔫卷曲及黃化程度比基因過表達植株T2嚴重的多, 說明基因過表達明顯增強了馬鈴薯對干旱的耐受性。RWC能體現(xiàn)植株葉片水勢, 是評價植株抗旱性的重要指標, 受到干旱脅迫后, 跟耐旱性差的植株相比, 耐旱性強的植株能保持較高的RWC[15-16]。本研究中, 在正常澆水條件下, 轉基因材料T2和對照L3葉片RWC無顯著差異; 水分脅迫20 d后, 各株系的葉片RWC都降低, 但轉基因材料T2顯著高于對照L3, 說明轉基因植株耐旱性較對照強。逆境脅迫會加速植物體內活性氧的積累, 過多的活性氧會對細胞膜脂造成嚴重的損傷。MDA含量是評價葉片細胞質膜受干旱脅迫損傷程度的重要生理指標[17]。植物細胞內的酶促和非酶促體系形成一系列反應機制來清除活性氧, 從而維持整個細胞防御系統(tǒng)的動態(tài)平衡。作為酶促體系的重要成員, SOD和POD常被用來衡量逆境脅迫條件下細胞活性氧清除能力的大小[18]。本研究發(fā)現(xiàn), 在干旱脅迫條件下, 轉基因植株的丙二醛含量顯著低于對照, 抗氧化保護酶SOD和POD活性均顯著高于對照, 表明基因過表達, 提高了抗氧化保護酶SOD和POD活性, 有效地增強了細胞清除活性氧的能力, 進而減輕了活性氧對質膜造成的傷害, 這與過表達植株受干旱影響程度較輕相一致。

通過轉錄組測序及生物信息學方法分析轉基因馬鈴薯與未轉基因對照在轉錄水平上基因表達的差異, 發(fā)現(xiàn)轉基因材料T2相對于L3的差異表達基因有430個, 其中上調表達基因287個, 下調表達基因143個。上調表達基因中與抗非生物脅迫相關的基因主要包括PPR蛋白家族、HSP蛋白家族、P450蛋白家族和MLO蛋白家族基因。PPR蛋白家族不僅在RNA的編輯加工、細胞器形成、細胞核與細胞器之間信號傳遞、恢復細胞質雄性不育和調節(jié)植物生長發(fā)育方面發(fā)揮重要作用, 而且直接或間接參與植物抗逆境脅迫, 在馬鈴薯抗旱[19]、水稻抗低溫[20]、水稻和毒麥抗鹽[21-22]、擬南芥抗氧化[23-24]中均發(fā)揮著重要作用。HSP是干旱脅迫物質形成的必需要素, 通過提高自身的表達量增強植物對脅迫的適應能力, 維持脅迫調節(jié)下蛋白的穩(wěn)定性和維持植物的生存與正常生長[25-26]。細胞色素P450家族蛋白在植物抗病蟲防衛(wèi)反應和抗非生物脅迫中都具有非常重要的作用。崔會婷等[27]研究發(fā)現(xiàn), 模擬干旱脅迫條件下, 苜蓿基因表達量明顯上調, 轉基因擬南芥比野生型表現(xiàn)出較好的耐旱性, 表明基因與干旱脅迫的調節(jié)機制有很大的相關性。MLO是高等植物特有的一類抗病家族, 在響應非生物脅迫中也發(fā)揮著重要作用, 很多基因的表達會受到各種生物和非生物脅迫的影響[28-29]。辣椒基因的表達受到脫落酸和干旱的誘導, 說明基因與干旱脅迫有關[30]。本研究中, 相對于未轉基因對照L3, 轉基因材料T2中抗非生物脅迫相關蛋白PPR、HSP、P450和MLO等家族基因表達量上調幅度較大, 上調倍數最低的都不低于4, 大部分都上調十幾倍甚至幾十倍, 說明這些基因在轉基因馬鈴薯抵御干旱過程中發(fā)揮著非常重要的作用。本研究為進一步解析基因提高馬鈴薯抗旱性的調控網絡奠定了基礎。

4 結論

在增強細胞清除活性氧能力、減輕活性氧對質膜傷害程度的同時,基因過量表達引起430個基因表達變化, 其中上調表達基因287個, 下調表達基因143個, 主要涉及信號傳導、氧化還原、生物調解、應激反應、發(fā)育過程、系統(tǒng)免疫過程、核酸和蛋白結合轉錄因子活性、轉運活性及催化活性, 其中抗非生物脅迫相關蛋白PPR、HSP、P450和MLO等家族的大量基因表達量發(fā)生較大的變化, 說明這些基因在轉基因馬鈴薯抵御干旱過程中發(fā)揮著非常重要的作用。

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Effects of over-expression ofgene on potato growth and abiotic stress resistance gene expression

JIA Xiao-Xia1,2, QI En-Fang1,2, LIU Shi1,2, WEN Guo-Hong1,2,*, MA Sheng1,2,LI Jian-Wu1,2, and HUANG Wei1,2

1Potato Research Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences / Gansu Engineering Laboratory of Potato Germplasm Resources Innovation, Lanzhou 730070, Gansu, China;2The Ministry of Agriculture, Scientific Observation and Experiment Station of Dry Potato in the Northwest, Weiyuan 748201, Gansu, China

Longshu 3 (L3) and itstransgenic line T2 were planted in the pot experiment. The water content of the soil in pots was controlled to 45%–50% of the maximum water holding capacity (FWC) during the flowering stage of the potato. The phenotype, MDA content, RWC, activities of SOD and POD, and the gene expression level in leaves were analyzed, showing there were no significant differences between the two lines under normal watering conditions. After 20 d of stress treatment, the phenotype of transgenic plants T2 was significantly better than that of control L3, and RWC was significantly higher than that of L3. The MDA content, SOD and POD activities of leaves in each line increased significantly, while the MDA content of transgenic plants increased less than, and the activities of SOD and POD of transgenic plants increased more than those of the control, indicating that the cell membrane damage and membrane lipid peroxidation of the transgenic plants were lighter than those of the control, and the drought tolerance of transgenic plants was significantly improved. Transcriptome sequencing and bioinformatic analysis showed that compared with L3, there were 430 differentially expressed genes in T2, including 287 up-regulated genes and 143 down-regulated genes. Functional annotation and significance enrichment showed that all differentially expressed genes were involved in three broad categories of GO functional classification systems, that was biological processes, cell components and molecular functions. Most of these differentially expressed genes concentrated on the membrane in cells, and mainly related to signal transduction, redox, biological mediation, stress response, development process, system immune process, nucleic acid and protein binding transcription factor activity, transport activity and catalytic activity. The expression of a large number of abiotic stress-related genes was up-regulated, including PPR protein family, P450 protein family, heat shock protein family and MLO protein family, indicating that these genes play a very important role in drought-stress resistance oftransgenic potato. This study lays a foundation for further understanding’s regulatory network to improve potato drought resistance.

potato;gene; abiotic stress; differentially expressed genes; drought

2018-12-11;

2019-04-15;

2019-05-13.

10.3724/SP.J.1006.2019.84166

文國宏, E-mail: 251580436@qq.com

E-mail: jiaxx0601@163.com

本研究由國家自然科學基金項目(31560412, 31060200), 甘肅省農業(yè)科學院科技創(chuàng)新專項(2017GAAS38)和國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項(CARS-09-P06)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31560412, 31060200), the Science and Technology Support Program of Gansu Academy of Agricultural Sciences (2017GAAS38), and China Agriculture Research System (CARS-09-P06).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190510.1754.003.html