射干(Iris domestica(L.)Goldblatt et Amberley)是鸢尾科多年生草本植物,分布范围广,适应性强、耐旱,是重要的药用和观赏植物,也是我国常用中药材。2020版《中国药典》一部中规定射干以干燥根茎入药,具有清热解毒,消痰,利咽功效。目前,射干的栽培种植区地理分布跨度大、降水量分异明显,这可能是导致射干药材质量差异的重要因素。大量研究表明水分调控是提高药材质量的重要农艺技术措施,但有关射干对干旱胁迫的生理生态响应及其异黄酮合成的分子生态调控机制尚不明确,影响了射干栽培水分控制技术的创新。探究射干异黄酮积累的水分适宜分条件,可为生产中制定合理水分管理措施提供理论支持,同时为射干的分子育种提供科学依据。本研究开展了持续干旱、干旱复水对射干的光合作用、渗透调节物质等生理生态变化过程,以及对异黄酮成分积累及其生物合成转化途径相关基因表达的影响,并结合转录组测序技术阐释了射干对干旱胁迫响应的分子生态调控机制。主要研究结果如下:(1)射干对持续干旱的响应存在关键干旱点,即中度干旱胁迫点。持续干旱下,射干异黄酮含量、光合作用参数、叶绿素荧光参数、渗透调节物质和保护酶系统等生理生化指标发生显著变化,如在中度干旱胁迫下,根茎鸢尾黄素和野鸢尾苷含infection (gastroenterology)量分别提高了9.0%和23.0%。通过主成分分析综合评价射干对干旱的响应程度,结果显示中度干旱胁迫下各指标的综合得分较高(57.80),表明此时射干对干旱的响应最强烈,射干抵御干旱的能力较强,此时土壤含水量为14.3%。此外,提高保护酶活性(SOD酶、POD酶和CAT酶)以及积累渗透调节物质(Pro)是射干抵御干旱胁迫的重要途径。(2)复水是一种双向信号,射干异黄酮合成代谢和光合生理在复水后可得到部分恢复或补偿,而抗性生理指标(保护酶和非酶系统Pro等)在复水后降低。在RW1复水下,营养期根茎和须根5种异黄Antineoplastic and I抑制剂酮单体化合物含量均有不同程度的增加,其中根茎次野鸢尾黄素的含量提高了8.0%,须根中次野鸢尾黄素的含量提高了30.6%;对于生殖期根茎和须根,其异黄酮含量在复水后减少或变化不显著;此外,营养期、生殖期根茎和须根的干鲜重在D1干旱下变化较小,而在D2干旱下显著减少(p<0.05)。根据上述研究结果和干旱等级划分,在射干实际栽培中,本研究建议对营养期射干进行中度干旱复水处理从而提高射干药材质量,此时射干栽培的土壤含水量处于13.44LGX818使用方法%～16.8%为好。在射干对干旱复水的生理生化响应过程中,RW1复水恢复了射干由于干旱而减弱的光合作用,如Pn、Tr、Gs恢复至CK组水平,并提高实际光化学效率(YII)。同时,复水有效降低了酶促系统(SOD酶和POD酶等)和非酶促系统(Pro)指标。(3)对处于中度干旱(MLW)和重度干旱胁迫(MDW)的射干根茎和须根进行m RNA测序后,共获得116,612个基因。对这些基因进一步开展差异基因分析及其GO和KEGG富集分析,结果显示共有6904个差异表达基因,且主要富集在植物激素信号传导途径和次生代谢产物途径(如类黄酮生物合成途径),上述途径中的基因可能参与射干干旱响应过程。(4)ABA信号传导途径在射干干旱信号传递及异黄酮积累中有重要作用。在持续干旱过程中,钙离子受体蛋白基因(CDPK、Cal、CBL)、ABA代谢基因(ABA3、A8’H)、ABA受体基因PYL8、ABA信号传导核心基因(Sn RK2、PP2C)受干旱调控,除负调控因子PP2C显著下调外,其余基因均受到显著促进。同时,根茎和须根在干旱信号传递中存在组织差异性,须根相关基因对土壤水分胁迫更敏感,其表达量更高、对水分响应更迅速。异黄酮合成关键酶基因也存在类似差异,根茎中异黄酮合成代谢基因(如C4H、F6H)响应干旱而上调,而须根相关代谢基因均显著下调。整体上看,复水可消弱干旱信号在射干体内的传递,且对异黄酮代谢基因的表达存在负面效果。此外,结合第三章和本章研究结果,本研究初步构建了以ABA信号途径为核心的射干异黄酮积累的分子调控网络(包括转录因子b HLH和β-BGLU31-I基因)。(5)利用射干转录组数据,成功克隆射干转录因子b HLH15和β-糖苷酶(β-BGLU31-I)基因。通过生物信息学软件分析,这2条基因编码的蛋白属于亲水性不稳定且无信号肽的蛋白。通过激光共聚焦显微镜观察发现,Idb HLH115和β-BGLU31-I基因编码的蛋白定位于细胞核中。