玉米自交系叶绿素代谢对热胁迫的响应特征

【目的】阐明热胁迫下玉米叶绿素代谢的调控机制,为玉米耐热研究提供科学依据。【方法】以耐热玉米自交系HZ4和热敏感自交系L9K为材料,于喇叭口至开花期进行热胁迫处理,每隔5 d取样1次,共取样6次,测定叶绿素及其前体物质的含量,采用RT-qPCR测定相关基因的相对表达量。【结果】热胁迫导致HZ4和L9K叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及其合成前体物质原卟啉Ⅸ(protoporphyrinⅨ,ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-protoporphyrinⅨ,MgPⅨ)和原叶绿素酸酯(protochlorophyllide,Pchlide)的含量显著下降,δ-氨基乙酰丙酸(δ-aminolevulinic acid,ALA)和单卟啉胆色素原(porphobilinogen,PBG)的含量显著升高,且HZ4的变化幅度小于L9K。6个叶绿素合成相关基因(PBGD、UROD、MgPMT、POR、CHLG、CAO)的表达量显著下调,且在HZ4中的表达量显著高于在L9K中的表达量;4个叶绿素降解相关基因(CBR、CLH、PPH、PAO)的表达量显著上调,且在HZ4中的表达量显著低于在L9K中的表达量。【结论】热胁迫通过下调叶绿素合成基因和上调叶绿素降解基因的表达,导致叶绿素含量下降。阻碍位点在PBG向ProtoⅨ转化阶段,其主要原因是PBGD和UROD基因下调表达。基因差异表达是耐热型和热敏感型玉米叶绿素含量存在差异的分子机制。