【目的】评价低温下苦瓜种子的发芽能力,鉴定芽期低温响应基因并分析其表达模式,为探明苦瓜种子低温发芽分子调控机制提供理论指导。【方法】以6份苦瓜种质种子为材料,设置15℃的发芽温度,调查发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度、活力指数、平均发芽时间、平均发芽速度和种子萌发指数的变化,利用隶属函数法和聚类分析进行发芽能力综合评价及分类,选取发芽能力强和弱的种质进行转录组测序,获得差异基因后进行GO功能注释和KEGG富集分析,从中挖掘低温响应相关候选基因,利用荧光定量PCR进行验证,同时分析候选基因在苦瓜不同组织(芽、根、茎、叶)和不同发芽时期(0,7,14 d)的表达差异,探讨低温对苦瓜发芽的影响及相关基因的调控作用。【结果】低温处理下,不同种质苦瓜种子发芽指标出现差异,且各指标受影响程度不同;利用综合隶属函数值和聚类分析发现,苦瓜种质MC15和CH02发芽能力较强,ZK54和ZK90发芽能力中等,BG19和YW1发芽能力较弱。对MC15和BG19进行转录组测序,共获得3 062个差异基因,GO功能注释发现参与基因较多的有与胁迫、应激与防御响应,质膜和胞外区,DNA结合以及酶和蛋白活性相关的条目等;KEGG富集分析发现“植物激素信号转导”“淀粉和蔗糖代谢”“光合作用-天线蛋白”“二萜生物合成”等途径的差异基因数较多,富集因子较高;结合转录组测序、基因克隆、序列比对和荧光定量PCR分析得出,基因Mc LEAL和Mc DOG1L-3可能参与芽期低温响应,两者编码的氨基酸序列与葫芦科作物的序列相似性较高,且均在芽中特异性表达,表达趋势与转录组结果一致。在发芽0,7和14 d 3个时期中,2个基因的表达量在发芽能力较强的苦瓜种质MC15和CH02中呈下降趋势,在发芽能力较弱的苦瓜种质BG19和YW1中呈先降后升趋势。【结论】低温导致苦瓜种子发芽出现种质间及指标间差异,MC15和CH02的发芽能力较强,可用于后续种质创新和生产利用;2个低温响应相关基因Mc LEAL和Mc DOG1L-3的表达存在组织特异性,且随发芽进程出现种质间差异和时间效应,推测两者可能协同调控低温下苦瓜的延迟发芽。
