【摘 要】
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萝卜是十字花科萝卜属一、二年生根菜类蔬菜作物,其膨大的肉质根营养丰富,深受人们喜爱,在蔬菜生产与供应中占有重要地位。钾是植物生长必需的三大元素之一,钾素缺乏会造成作物生长发育迟缓、叶片发黄掉落等问题,导致产量及品质下降。科学施用钾肥及培育耐低钾萝卜品种是解决限制蔬菜高效生产问题的有效途径。植物主要通过根系细胞膜上多种钾转运体和通道蛋白实现对外界钾元素的吸收与转运。因此,挖掘萝卜耐低钾相关基因,明确
【基金项目】
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国家重点研发计划子课题（2018YFD1000800,2017YFD0101806/03）； 江苏省农业科技自主创新资金（CX（19）3045）； 江苏现代农业产业技术体系建设专项资金（JATS[2019]428）；
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萝卜是十字花科萝卜属一、二年生根菜类蔬菜作物,其膨大的肉质根营养丰富,深受人们喜爱,在蔬菜生产与供应中占有重要地位。钾是植物生长必需的三大元素之一,钾素缺乏会造成作物生长发育迟缓、叶片发黄掉落等问题,导致产量及品质下降。科学施用钾肥及培育耐低钾萝卜品种是解决限制蔬菜高效生产问题的有效途径。植物主要通过根系细胞膜上多种钾转运体和通道蛋白实现对外界钾元素的吸收与转运。因此,挖掘萝卜耐低钾相关基因,明确其低钾胁迫响应机制将为耐低钾萝卜种质创新与品种选育提供理论依据。鉴于此,本研究以34份不同基因型的萝卜为材料,将低钾处理后的表型性状与钾积累量等作为测定指标,对其耐低钾能力进行评价,筛选出耐低钾和钾敏感基因型;基于基因组数据库,分离鉴定出萝卜钾转运蛋白KUP/HAK/KT家族成员基因,通过RT-qPCR分析不同胁迫处理下KUP/HAK/KT家族基因的时空表达模式,以鉴定出萝卜耐低钾性状相关的候选功能基因。主要研究结果如下:1.根据低钾浓度处理下的3份萝卜基因型地下部鲜重变异系数,确定适宜低钾处理浓度为0.3mM。对34份萝卜基因型材料分别进行低钾水平（0.3 mM）和正常钾水平（3 mM）处理,统计其根长、株高、鲜重、钾含量和钾积累量等生理指标。通过方差、变异系数、相关系数和聚类分析等方法,对耐低钾能力进行综合评价。结果表明,相对地下部鲜重、相对地上部鲜重和相对地下部钾积累量3个指标可作为萝卜耐低钾能力的主要评价指标,根长、株高则作为辅助评价指标。根据不同萝卜基因型的耐低钾指数,通过聚类分析将34个萝卜基因型的耐低钾能力分为强、中等、弱3个等级。其中N4,N8等12个为强耐低钾基因型;N5,N11等12个为中等耐低钾基因型;N1,N2等10个为耐低钾能力弱的基因型。耐低钾能力分级标准的制定与种质筛选,为萝卜耐低钾种质鉴定创新研究提供了重要基础。2.基于萝卜基因组数据库,分离鉴定出25个萝卜KUP/HAK/KT家族基因,定位于7条不同染色体上。蛋白理化性质分析表明,KUP/HAK/KT总氨基酸数量161～865,等电点5.19～9.64,多数属于碱性蛋白;蛋白分子量18.08kD～96.33kD,不稳定系数为26.23～50.23,大部分成员总平均亲水性指数＞0,为疏水性蛋白。共线性分析表明,25个萝卜KUP/HAK/KT成员被分为3类,包括Cluster Ⅰ、Cluster Ⅱ和Cluster Ⅲ,与拟南芥、水稻和番茄中KUP/HAK/KT蛋白分类基本一致。NODAI转录组数据分析表明,RsHAK2a、RsHAK2b、RsHAK3、RsHAK4等4个基因呈现出组织特异性表达,而21个KUP/HAK/KT基因在不同生长时期和组织中表达量极低,推测这些基因仅在低钾胁迫下诱导表达。转录组数据分析表明,RsHAK8b、RsHAK11在重金属胁迫和高温胁迫下呈下调表达,在盐胁迫下呈上调表达。此外,低钾胁迫下,RsHAK1a、RsHAK5a、RsHAK5b、RsHAK5c、RsHAK6a、RsHAK8a、RsHAK9a基因在耐低钾能力弱中的表达量明显高于强耐低钾、中等耐低钾品种。
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