低温胁迫下结缕草品种抗寒性差异机制及壳聚糖保护作用的生理转录组分析

《BMC Plant Biology》：Integrative physiological and transcriptomic analyses reveal divergent chilling tolerance mechanisms in contrasting zoysiagrass cultivars and protective effects of exogenous chitosan

摘要

背景

低温胁迫是影响结缕草（Zoysia spp.）生长期和草坪质量的主要因素之一。然而，不同结缕草品种之间的抗寒性生理和分子机制仍大多未得到研究。

结果

本研究的目的是通过结合生理学和转录组分析来阐明两个品种之间的抗寒性差异，并探讨外源壳聚糖对敏感品种的保护作用。结果表明，在低温胁迫下，耐寒品种‘Nannong NT1’所受的损伤小于敏感品种‘Nannong LG’，这表现在电解质泄漏量较低、活性氧（ROS）积累减少以及恢复速度更快。转录组分析进一步发现，‘Nannong NT1’显著上调了碳水化合物和脂质的代谢，同时下调了光合作用和碳固定过程；而‘Nannong LG’则激活了类胡萝卜素和黄酮类物质的生物合成，并抑制了氨基酸代谢和蛋白质的输出。此外，叶片施用壳聚糖（50 mg·L^?1）通过提高叶绿素含量、相对含水量、渗透保护物质积累以及恢复速度，显著减轻了‘Nannong LG’的低温损伤，并减少了电解质泄漏和ROS的积累。在转录水平上，壳聚糖特异性地调节了多个差异表达基因的表达，如ZsNAC2、ZsNAC3、ZsLecRLK1、ZsLecRLK2和ZsBAM。

结论

这些发现表明，不同的抗寒性归因于不同的调节和代谢策略。外源壳聚糖为提高结缕草敏感品种的抗寒性提供了一种补充方法。

背景

低温胁迫是影响结缕草（Zoysia spp.）生长期和草坪质量的主要因素之一。然而，不同结缕草品种之间的抗寒性生理和分子机制仍大多未得到研究。

结果

本研究的目的是通过结合生理学和转录组分析来阐明两个品种之间的抗寒性差异，并探讨外源壳聚糖对敏感品种的保护作用。结果表明，在低温胁迫下，耐寒品种‘Nannong NT1’所受的损伤小于敏感品种‘Nannong LG’，这表现在电解质泄漏量较低、活性氧（ROS）积累减少以及恢复速度更快。转录组分析进一步发现，‘Nannong NT1’显著上调了碳水化合物和脂质的代谢，同时下调了光合作用和碳固定过程；而‘Nannong LG’则激活了类胡萝卜素和黄酮类物质的生物合成，并抑制了氨基酸代谢和蛋白质的输出。此外，叶片施用壳聚糖（50 mg·L^?1）通过提高叶绿素含量、相对含水量、渗透保护物质积累以及恢复速度，显著减轻了‘Nannong LG’的低温损伤，并减少了电解质泄漏和ROS的积累。在转录水平上，壳聚糖特异性地调节了多个差异表达基因的表达，如ZsNAC2、ZsNAC3、ZsLecRLK1、ZsLecRLK2和ZsBAM。

结论

这些发现表明，不同的抗寒性归因于不同的调节和代谢策略。外源壳聚糖为提高结缕草敏感品种的抗寒性提供了一种补充方法。