丁二醇对热胁迫下匍匐翦股颖内源激素及其相关基因表达水平的调控

doi:10.11686/cyxb2021493

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (12): 118-132.DOI: 10.11686/cyxb2021493

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丁二醇对热胁迫下匍匐翦股颖内源激素及其相关基因表达水平的调控

赵宁¹(), 马晖玲¹, 张然¹, 张金青¹, 史毅²()

^1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州 730070
^2.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2021-12-28 修回日期:2022-03-14 出版日期:2022-12-20 发布日期:2022-10-17
通讯作者: 史毅
作者简介:E-mail： shiy@gsau.edu.cn
赵宁（1996-），女，甘肃白银人，在读硕士。E-mail： 3293610852@qq.com
基金资助:
甘肃农业大学学科建设基金(GAU-XKJS-2018-107);甘肃省高等学校创新基金项目(2021B-133)

Regulatory effects of butanediol on the expression level of endogenous hormones and related genes in creeping bentgrass under heat stress

Ning ZHAO¹(), Hui-ling MA¹, Ran ZHANG¹, Jin-qing ZHANG¹, Yi SHI²()

^1.College of Pratacultural Science，Gansu Agricultural University，Key Laboratory of Grassland Ecosystem，Ministry of Education，Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province，Sino-U. S. Centers for Grassland Ecosystem Sustainability，Lanzhou 730070，China
^2.College of Forestry，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

Received:2021-12-28 Revised:2022-03-14 Online:2022-12-20 Published:2022-10-17
Contact: Yi SHI

摘要/Abstract

摘要：

为了提高匍匐翦股颖的越夏能力，本试验以匍匐翦股颖Penn A4为材料，模拟设置人工气候热胁迫（37 ℃/32 ℃，昼/夜），通过叶面喷施300 μmol·L^-1 2，3-丁二醇（BD），测定分析BD对Penn A4盆栽苗在热胁迫第0（BD预处理前）、7、42 天及恢复常温第10天时叶片内源激素含量及其相关基因表达的影响。结果表明：外源BD提高了热胁迫7 d 时Penn A4 细胞分裂素、赤霉素3、茉莉酸类含量，降低了生长素、水杨酸、脱落酸、1-氨基环丙烷羧酸含量，并抑制了其相关基因的表达，从而促进了蒸腾降温及植株营养生长；胁迫42 d时，BD上调各个激素相关基因的表达量，通过促进内源激素运输降低了叶片活性激素含量，从而抑制了植株营养生长，为Penn A4抵御长时间热胁迫保存了能量，并提高了其存活几率。综上，BD可通过调节内源激素代谢加快短期胁迫下Penn A4生长速率及蒸腾散热，抑制长期胁迫下植株的衰老和生长速率来提高Penn A4耐热性。

关键词: 丁二醇, 热应激, 匍匐翦股颖, 内源激素, 基因表达

Abstract:

This research investigated ways to improve the heat resistance of creeping bentgrass （Agrostis stolonifera） in the context of use as a turfgrass in a global warming environment. Potted seedlings of the variety Penn A4 were studied under a simulated high temperature environment （37 ℃/32 ℃， day/night） and subjected to treatments involving foliar spraying of 300 μmol?L^-1 2，3-butanediol （BD） to examine effects on leaf endogenous hormone content and the related gene expression. Seedlings received a BD pretreatment before being exposed to heat stress for 0， 7 or 42 days before BD pretreatment， and then were allowed to recover at optimal temperature for 10 days. For seedlings subject to 7 days of heat stress it was found that BD application increased the levels of cytokinin， gibberellins （GA₃） and jasmonic acid， decreased levels of auxin， salicylic acid， abscisic acid， and 1-aminocyclopropane carboxylic acid， and decreased the expression of related genes， thereby accelerating transpiration-driven cooling and plant vegetative growth. In addition， in plants subject to 42 days of stress， BD pre-treatment up-regulated the expression levels of various hormone-related genes， and reduced leaf hormone content by promoting endogenous hormone transport， thus inhibiting plant vegetative growth， and an energy saving whereby Penn A4 seedlings were able to resist long-term heat stress， and improving their survival probability. In summary， by regulating endogenous hormone metabolism to accelerate the growth rate and transpiration-induced cooling of Penn A4 under short-term stress， and by inhibiting the senescence and growth rate of plants under long-term stress， BD improved heat tolerance of Penn A4 creeping bentgrass.

Key words: butanediol, heat stress, creeping bentgrass, endogenous hormones, gene expression

赵宁, 马晖玲, 张然, 张金青, 史毅. 丁二醇对热胁迫下匍匐翦股颖内源激素及其相关基因表达水平的调控[J]. 草业学报, 2022, 31(12): 118-132.

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图/表 15

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激素类型Hormone type	激素名称Hormone name
细胞分裂素Cytokinin （CTK）	异戊烯基腺嘌呤 Isopentenyladenine （iP）
	异戊烯腺嘌呤核苷 Isopentenyladenosine （iPR）
	反式玉米素 Trans-zeatin （tZ）
	顺式玉米素 Cis-zeatin （cZ）
茉莉酸Jasmonic acid （JA）	茉莉酸 Jasmonic acid （JA）
	12-氧-植物二烯酸Cis-12-oxo-phytodienoic acid （cis-OPDA）
	茉莉酸异亮氨酸 Jasmonoyl-isoleucine （JA-ILe）
生长素Auxin （IAA）	吲哚乙酸 Indole-3-acetic acid （IAA）
赤霉素Gibberellin （GA）	赤霉素3 Gibberellin 3 （GA₃）
水杨酸Salicylic acid （SA）	水杨酸 Salicylic acid （ SA）
脱落酸Abscisic acid （ABA）	脱落酸 Abscisic acid （ABA）
乙烯Ethylene （ET）	1-氨基环丙烷羧酸1-aminocyclopropane carboxylic acid （ACC）

激素类型Hormone type	激素名称Hormone name
细胞分裂素Cytokinin （CTK）	异戊烯基腺嘌呤 Isopentenyladenine （iP）
	异戊烯腺嘌呤核苷 Isopentenyladenosine （iPR）
	反式玉米素 Trans-zeatin （tZ）
	顺式玉米素 Cis-zeatin （cZ）
茉莉酸Jasmonic acid （JA）	茉莉酸 Jasmonic acid （JA）
	12-氧-植物二烯酸Cis-12-oxo-phytodienoic acid （cis-OPDA）
	茉莉酸异亮氨酸 Jasmonoyl-isoleucine （JA-ILe）
生长素Auxin （IAA）	吲哚乙酸 Indole-3-acetic acid （IAA）
赤霉素Gibberellin （GA）	赤霉素3 Gibberellin 3 （GA₃）
水杨酸Salicylic acid （SA）	水杨酸 Salicylic acid （ SA）
脱落酸Abscisic acid （ABA）	脱落酸 Abscisic acid （ABA）
乙烯Ethylene （ET）	1-氨基环丙烷羧酸1-aminocyclopropane carboxylic acid （ACC）

激素类型 Hormone type	代谢酶名称 Metabolic enzyme name	功能 Function
ABA	脱落酸8'-羟化酶Abscisic acid 8'-hydroxylase 1-like （CYP707A）	分解Break down
ABA	9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶9-cis-epoxy carotenoid dioxygenase （NCED）	合成Synthesis
CTK	磷酸转运蛋白Arabidopsis histidine phosphor transfer proteins （AHPs）	信号转导Signal transduction
	细胞分裂素氧化酶Cytokinin oxidase （CKXs）	分解Break down
	顺式玉米素-O-葡糖基转移酶Cis-zeatin-O-glucosyltransferase （cZOGT）	糖基化Glycosylation
	细胞分裂素激活酶Lonely guy （LOG）	合成Synthesis
ET	1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase （ACO）	合成Synthesis
	乙烯响应因子Ethylene response factor （ERF）	信号转导Signal transduction
	乙烯受体Ethylene receptor （ETR）	信号转导Signal transduction
GA₃	赤霉素3-氧化酶2 Gibberellin 3-oxidase 2 （ga3ox2）	合成Synthesis
GA₃	赤霉素受体Gibberellin receptor （GID1）	信号转导Signal transduction
SA	苯丙氨酸裂解酶Phenylalanine lyase （PAL）	合成Synthesis
SA	水杨酸甲基转移酶1 Salicylate methyltransferase 1 （SAMTI ）	信号转导Signal transduction
JA	茉莉酸-酰胺合成酶Jasmonic acid-amido synthetase （JAR1）	信号转导Signal transduction
	丙二烯氧化合酶Allene-oxide synthase1 （aos1）	合成Synthesis
	12-氧-植物二烯酸还原酶12-oxophytodienoate reductase 1 （opr1）	合成Synthesis
IAA	吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶Indole-3-acetic acid-amido synthetase （GH3）	响应Response
IAA	生长素外排载体Auxin efflux carrier component 2-like （PIN2）	运输Transportation

激素类型 Hormone type	代谢酶名称 Metabolic enzyme name	功能 Function
ABA	脱落酸8'-羟化酶Abscisic acid 8'-hydroxylase 1-like （CYP707A）	分解Break down
ABA	9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶9-cis-epoxy carotenoid dioxygenase （NCED）	合成Synthesis
CTK	磷酸转运蛋白Arabidopsis histidine phosphor transfer proteins （AHPs）	信号转导Signal transduction
	细胞分裂素氧化酶Cytokinin oxidase （CKXs）	分解Break down
	顺式玉米素-O-葡糖基转移酶Cis-zeatin-O-glucosyltransferase （cZOGT）	糖基化Glycosylation
	细胞分裂素激活酶Lonely guy （LOG）	合成Synthesis
ET	1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase （ACO）	合成Synthesis
	乙烯响应因子Ethylene response factor （ERF）	信号转导Signal transduction
	乙烯受体Ethylene receptor （ETR）	信号转导Signal transduction
GA₃	赤霉素3-氧化酶2 Gibberellin 3-oxidase 2 （ga3ox2）	合成Synthesis
GA₃	赤霉素受体Gibberellin receptor （GID1）	信号转导Signal transduction
SA	苯丙氨酸裂解酶Phenylalanine lyase （PAL）	合成Synthesis
SA	水杨酸甲基转移酶1 Salicylate methyltransferase 1 （SAMTI ）	信号转导Signal transduction
JA	茉莉酸-酰胺合成酶Jasmonic acid-amido synthetase （JAR1）	信号转导Signal transduction
	丙二烯氧化合酶Allene-oxide synthase1 （aos1）	合成Synthesis
	12-氧-植物二烯酸还原酶12-oxophytodienoate reductase 1 （opr1）	合成Synthesis
IAA	吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶Indole-3-acetic acid-amido synthetase （GH3）	响应Response
IAA	生长素外排载体Auxin efflux carrier component 2-like （PIN2）	运输Transportation

基因名称Gene name	上游引物Forward primer （5′-3′）	下游引物Reverse primer （5′-3′）
CYP707A5 （TR6177_c1_g1）	AGCTCTACTCGTCCAAGAAC	ATGTGCGTCTTGAAGATGGG
NCED1 （TR145951_c0_g1）	TCTTCGGAGATCGCCTCTA	ATAGCGGAAGGCGAAGAG
NCED5 （TR124747_c0_g1）	TCTACTCGACCCGTCACAA	GGACCTGGTAGGGAAGATCG
AHP1-like （TR15871_c0_g1）	GACAAGGTCGATGCTTTTGT	TTCTTCACTCTCTGAGCACC
CKX1 （TR146360_c0_g1）	GATCATGGACCGACTACCTC	TTGGACGTTGGATATCTGGG
cZOGT1 （TR11623_c0_g1）	CCTAGGAGGACTGGTATTCA	AAATACGATTTCCGAGGGAG
LOG4 （TR327647_c0_g1）	AAGTTCGATCTTGTCTACGG	TGTTGTGTAGGATTTACCCG
ACO （TR49332_c0_g2）	GATCAACACTGGCGACCAAG	TGCAATGGAGCGACGG
ERF3-like （TR7546_c0_g1）	GACTTCCTGTCTAAGCTCCC	CTTCGAAGAATTCGTCTGCC
ETR3 （TR95119_c0_g1）	AGGAGGAGCGATGATGTCAA	TGAAATCAGACACCTTGAGC
ga3ox2 （TR7229_c0_g1）	TCTTCTGTGACGTGATGGAG	CACTTGGGGTACCAGTTGAG
GID1 （TR118670_c0_g1）	CGTGATCATTTTCTTCCACGG	CCGGTAGTTGACCGAAATG
PAL （TR24512_c0_g1）	GACAAGGAGGCAGTGTTCA	TCGAACTTGGTGATCTTGGA
SAMT （TR44480_c0_g1）	TGACGAAACAAACATGCCG	AAGTCTCTCTGGAACTGCCT
JAR1 （TR17215_c0_g1）	AAGATCAAAACCATTGCCCC	GATGTTAGACGGGTTCACGA
JAR1 （TR97257_c0_g1）	CTTGGATCTAGCCTTCGTCG	CCAGGATCTCCTTGAAGGTT
aos1 （TR673_c0_g1）	AGTACGTGTACTGGTCCAAC	CCTTAGTGACTGCGGAGAAT
opr1 （TR8885_c0_g1）	TACTAGCCCAGACGAGAGAA	CGCTGCGAGTAGTATTTCAC
GH3.4 （TR2539_c0_g3）	TGTGCTACTTCGAGTTCCTC	AGAAAAGGTGGTTACGACGA
PIN2 （TR92903_c1_g1）	TCTACTCCATGTTCAACGGG	ATCATCATGCCAGGGTTGG
Actin	TCCTCGGGTGAACTGGATGC	TCCACGCACTCCATCTGGTC

丁二醇对热胁迫下匍匐翦股颖内源激素及其相关基因表达水平的调控

Regulatory effects of butanediol on the expression level of endogenous hormones and related genes in creeping bentgrass under heat stress

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