椰子作为热带和亚热带地区的非常重要的水果和油料作物。开展椰子栽培与生理相关研究是具有重要意义。近日，中国热科院椰子所椰子栽培与生理团队在钾调控椰子幼苗耐低温性的生理和分子机制研究和表型、植物激素和转录组整合分析椰子果早期生理脱落的机制研究方面取得新进展。为椰子栽培提供理论基础和将进一步进行椰子栽培与生理深入研究提供参考。
进展1：低温胁迫导致了椰子产量和经济效益的大幅下降，阻碍了椰子的生产，从而限制了椰子的广泛种植和利用。钾(K)的适当应用具有提高作物耐寒性和减轻寒冷危害的潜力，但钾提高椰子对冷胁迫适应性的调节机制尚不清楚。在低温的不同的K条件下，进行转录组和代谢组联合分析，并与生理指标进行了相关性分析。结果表明，钾的吸收、营养或渗透调节、物质积累、光合作用、激素代谢和活性氧（ROS）清除途径在椰子幼苗适应LT胁迫中发挥着重要作用。低温迫破坏了激素、抗氧化酶活性、叶绿素、钾的稳态，以及对营养物质和渗透物质的调节。这种胁迫还会导致与K转运体、激素代谢、转录因子以及营养物质和渗透物质代谢相关的基因和代谢物的下调。施用钾有助于维持激素、抗氧化酶活性、叶绿素、钾、营养物质和渗透物质的调节，促进ROS的去除，降低丙二醛，从而减少低温胁迫对椰子幼苗的损害。此外，代谢组学和转录组学的综合分析强调了碳水化合物代谢、其他次生代谢物的生物合成、氨基酸代谢、脂质代谢和ABC转运体在提高椰子幼苗对低温胁迫的耐受性中的重要性。本研究确定了椰子幼苗钾调控以适应低温胁迫的关键生物学途径、调控基因和代谢物。
图1钾离子调控椰子幼苗耐低温性的生理和分子机制研究
进展2：果实脱落对产量有显著影响，产量对经济效益有相应影响。为了更好地了解早期椰子果实脱落的分子机制，我们分析了早期脱落椰子果实（AFs）和非脱落椰子果实（CFs）的脱落区（AZ）的形态学和结构特征、细胞壁水解和氧化酶活性、植物激素和转录组。这些结果表明，AFs的重量和含水量明显低于CFs，AFs的颜色为灰暗红色，AZ结构异常。纤维素酶（CEL）、聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶酯酶（PE）和过氧化物酶（POD）的活性均显著低于CFs。AFs中生长素（IAA）、赤霉素（GA）、细胞分裂素（CKs）和油菜素类固醇（BR）的水平显著低于CFs。而AFs中脱落酸（ABA）、乙烯（ETH）、茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）的含量均显著高于CFs。此外，转录组分析结果显示，3601个DEGs被功能注释，其中1813个DEGs上调，1788个DEGs下调。在这些基因中，许多基因在植物激素信号转导、碳代谢、过氧化物酶体、戊糖和葡萄糖酸相互转化、MAPK信号通路-植物、淀粉和蔗糖代谢等途径中富集。细胞壁重构相关基因（PG、CEL、PE、POD、木葡聚糖内切葡萄糖苷酶/氢化酶（XTH）、扩张蛋白（EXP）、内切葡聚糖酶、几丁质酶和-半乳糖苷酶）和植物激素相关基因（IAA、GA、CKs、BR、ABA、JA、SA和ETH）在AFs的AZ中有显著差异表达。此外，BHLH、ERF/AP2、WRKY、bZIP和NAC转录因子（TFs）的表达存在显著差异，反映了它们在调控脱落过程中的关键作用。本研究结果揭示了椰子早期果实脱落的分子机制。这为进一步研究椰子器官的发育和脱落提供了新的参考点。
图2 椰子果早期生理脱落的机制研究
研究成果1.以“Exploring the Physiological and Molecular Mechanisms by Which Potassium Regulates Low-Temperature Tolerance of Coconut (Cocos nucifera L.) Seedlings”为题发表于《Agronomy Basel》。中国热科院椰子所卢丽兰副研究员为该论文的第一作者，中国热科院椰子所杨耀东研究员为该论文的共同通讯作者。2.以“Integration of Phenotypes, Phytohormones, and Transcriptomes to Elucidate the Mechanism Governing Early Physiological Abscission in Coconut Fruits (Cocos nucifera L.)”为题发表于《Forests》。中国热科院椰子所卢丽兰副研究员和董志国副研究员为该论文的共同第一作者。该研究得到海南省省重大、海南省自然科学高层次人才项目的资助。
原文链接https://www.mdpi.com/2073-4395/14/12/2983
中国热带农业科学院椰子研究所©版权所有
