遮阴处理下睡莲‘甘娜’叶片转录组分析

摘要：本研究对遮阴处理和自然光照下睡莲‘甘娜’叶片进行转录组分析，以揭示遮阴对其叶片发育的影响机制。结果表明，遮阴处理下共筛选得到I 303个差异表达基因，其中558个基因上调，745个基因下调；GO功能注释分析发现，遮阴处理会在细胞发育和次生代谢等方面造成影响；KEGG通路注释与富集分析结果表明，遮阴处理会影响次生代谢、信号转导、细胞壁生物合成以及光合作用等信号通路的表达。差异表达基因筛选结果显示，遮阴条件下睡莲叶片生长素信号转导途径中的AUXI/IAX、SAUR、IAA基因，光合作用途径中的psbR、LHCB4、LHCB1基因，代谢途径中的CHS、4CL等基因，细胞壁发育中的CFPT、TUBA、CESA等基因以及光受体的基因如HY5、RFWD2、COP1等都存在显著差异表达。这表明遮阴处理下，睡莲叶片通过限制细胞壁生长，影响光吸收能力，调节初生以及次生代谢途径，调控对生长素的响应和光信号传导，以及调节相关基因的表达来适应环境变化，维持正常生长和生理功能。

关键词：遮阴；睡莲‘甘娜’；转录组；代谢途径

中图分类号：S682.32：Q781 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2025）01-0012-10

睡莲属于睡莲科（Nymphaeaceae）睡莲属（Nymphaea）多年生水生草本浮叶植物。睡莲以其花色繁多、姿态优雅、花期长、易栽培、适应性强等特点在园林设计中备受喜爱，适用于公园及家庭水面装饰。同时小微型品种也适合家庭盆栽。在家庭种植环境中，睡莲的生长常受限于光照不足或光照强度较弱而显著影响其生长状况和开花数量。深入探索睡莲在弱光环境下的耐阴性及其生理响应机制，对于推动微小型睡莲的培育技术及其在园林水景中的广泛应用，具有重要实践意义。

遮阴可以改变植物的生长环境，影响植物的光合作用、养分的吸收和再分配等多种生理过程，以及叶片中光合产物的积累。植物光合作用对光强很敏感，光强过低时植物净光合速率下降、碳水化合物合成减少，碳平衡遭到破坏。孙智超等研究表明，在弱光环境下，叶片的捕光效能显著降低，进一步导致基质和基粒类囊体结构的解体，相关酶活性受到抑制，光系统受到损伤，从而降低了植物的碳同化能力。

植物在进化过程中，为了适应不同光照条件，逐渐在体内发展并完善了光受体系统。次生代谢产物是植物长期为了适应环境而生成的，次生代谢受光受体信号调控。苯丙素是植物常见的一类次生代谢产物，苯丙素类经环化、氧化、还原等反应可生成香豆素类等物质，然后通过聚合可生成木质素和木脂素类物质。而在黄酮类合成途径中，苯丙氨酸经过一系列酶的作用先生成桂皮酸，再生成香豆酸然后经过查尔酮合成酶（CHS）催化生成查尔酮。而查尔酮可转化为其他类黄酮类，包括花青素等。任梦露研究表明，不同种类的光质、变化的光照强度以及光周期的信号可以通过诱导或限制与类黄酮合成紧密相关的基因表达，实现对花青素苷合成与积累的精细调控。这种调控机制在植物的光合作用及其代谢过程中发挥着至关重要的作用。木质素是细胞壁的重要组成成分之一，而当植物处于遮阴条件下时会导致木质素合成相关酶活性下降。

此外，周琳等研究表明，激素作为在植物体内的核心信号分子，具有触发并调节多种基因转录路径的功能。在光信号改变的情况下，植物内源激素的含量也会发生不同的变化，对植物的生长发育起重要的调控作用。韩霜等研究表明，在面临遮阴胁迫时，植物体会通过增加生长素的含量来触发庇阴反应，以适应环境压力。然而，当遮阴程度过度时，植物体内的生长素水平会受到抑制，可能对植物生长和发育产生不利影响。

本试验旨在通过对睡莲‘甘娜’实施遮阴处理，对比遮阴处理与自然光照条件下其叶片形态与功能方面的差异，并借助转录组分析手段，深入阐释遮阴对睡莲的影响及其内在机制，为睡莲的庭院栽培提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验设计

试验于2023年6月20日-9月1日在信阳农林学院园艺学院的实习基地馨园内进行。睡莲品种为‘甘娜’。以盆栽方式将睡莲置于大缸中，缸的规格为50 cmX 50 cm，确保为睡莲提供适宜的生长环境和稳定的生长空间。试验分两组，对照组采取自然光照，试验组对睡莲进行遮阴处理，遮光度设置为60%。试验期间定期观察遮阴处理下睡莲叶片的变化，当与对照组出现显著差异时采集两组中同一时期的成熟叶片，每组3个重复，对照组样本标记为X-1、X-2和X-3，遮阴组样本标记为Y-1、Y-2和Y-3。

1.2转录组测序

将处理好的样品进行干冰保存，送至上海元莘生物医药科技有限公司进行睡莲RNA的提取和转录组测序分析。使用标准的提取程序提取RNA，对样品进行严格的质量控制，检测其完整性、浓度和纯度，以保证文库质量，确定测序的结果无误。

1.3数据处理与分析

通过GO、COG、KEGG等数据库对测序数据进行差异显著性分析及功能富集分析，利用TBtool软件绘制基因表达热图。

2结果与分析

2.1转录组测序分析

如表1所示，经过严格的RNA质量评估，原始序列Q30碱基百分比在93%以上，GC含量在47%以上，所有样本的总RNA质量均符合后续建库与分析的标准（表1）。