發(fā)布時(shí)間：2020-05-17 19:04

【摘要】：氮是植物必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素,作物缺氮會(huì)出現(xiàn)老葉黃化、莖稈變細(xì)、植株矮小等現(xiàn)象,進(jìn)而產(chǎn)量降低。我國(guó)土壤普遍缺氮,農(nóng)作物產(chǎn)量依靠大量施用氮肥來(lái)維持。近年來(lái),我國(guó)農(nóng)田氮肥施用量逐漸升高,而氮肥利用率不升反降。大量未被作物吸收利用的氮素?fù)p失到大氣、水體中,造成溫室效應(yīng)、水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題。探究植物高效吸收、利用氮的分子機(jī)制,培育氮高效作物,是提高氮肥利用率,降低氮肥施用量的重要研究方向。甘藍(lán)型油菜(B.napus,AACC,2n=38)屬于十字花科蕓薹屬,是甘藍(lán)(B.oleracea,CC,2n=18)和白菜(B.rapa,AA,2n=20)自然雜交形成的異源四倍體植物,其種子產(chǎn)油量高,營(yíng)養(yǎng)豐富,是我國(guó)種植面積最廣的油料作物。甘藍(lán)型油菜對(duì)氮肥的需求量大,但氮利用效率不高。本研究以新型甘藍(lán)型油菜氮高效基因型D4-15和氮低效基因型D2-1為材料,通過(guò)多時(shí)間點(diǎn)氮饑餓轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析,探究甘藍(lán)型油菜響應(yīng)缺氮脅迫的分子機(jī)制及氮高效的機(jī)理,主要研究結(jié)果如下:1.甘藍(lán)型油菜響應(yīng)缺氮脅迫的轉(zhuǎn)錄譜通過(guò)RNA-Seq數(shù)據(jù)分析得到甘藍(lán)型油菜氮高效基因型D4-15及氮低效基因型D2-1苗期根部、地上部在氮饑餓脅迫各時(shí)間點(diǎn)(6 h、24 h、3 d、7 d)的基因表達(dá)譜。在氮饑餓和正常供氮處理間共檢測(cè)到24435個(gè)差異表達(dá)基因(|log_2(fold change)|1p.adj0.05),其中地上部19097個(gè),根部11106個(gè)。氮高、低效基因型D4-15和D2-1間共檢測(cè)到17786個(gè)差異表達(dá)基因,其中地上部13298個(gè),根部9137個(gè)。既在氮處理間差異表達(dá)、又在基因型間差異表達(dá)的基因共8811個(gè),其中地上部6271個(gè),根部2521個(gè)。GO富集分析表明:氮處理間差異表達(dá)基因主要富集在含氮有機(jī)物合成、多肽及氨基化合物合成等生物途徑;基因型間差異表達(dá)基因主要富集在氧化還原、氨基酸代謝、有機(jī)酸代謝、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)等生物途徑。KEGG富集分析表明:氮處理間差異表達(dá)基因主要富集在光合作用、淀粉及蔗糖代謝、氨基酸代謝及脂肪酸降解等代謝途徑;基因型間差異表達(dá)基因主要富集在芥子油苷生物合成、谷胱甘肽代謝、色氨酸代謝、類(lèi)苯基丙烷生物合成及酪氨酸代謝等代謝途徑。2.甘藍(lán)型油菜響應(yīng)缺氮脅迫的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)對(duì)在氮處理間及氮高低效基因型間均差異表達(dá)的基因,根據(jù)其在D4-15中氮饑餓及正常供氮各時(shí)間點(diǎn)表達(dá)模式構(gòu)建權(quán)重共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)(WGCNA)。根部共得到12個(gè)模塊,其中6個(gè)模塊在D2-1、D4-15間表達(dá)趨勢(shì)有明顯差異,主要與核糖體生物合成、糖代謝、脂肪酸降解及有機(jī)氮化合物代謝等途徑相關(guān)。地上部共得到13個(gè)模塊,5個(gè)模塊在D2-1、D4-15間表達(dá)趨勢(shì)有明顯差異,主要與氮代謝、谷氨酸合成、丙酮酸代謝、脂肪酸代謝等代謝途徑相關(guān)。選取每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連通度居于前十的基因?yàn)楹诵幕?發(fā)現(xiàn)大多為植物激素相關(guān)基因,如介導(dǎo)生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)的WAT1、PGP4、IAA26 isoform X1,響應(yīng)赤霉素、脫落酸及油菜素甾醇的GASA1,響應(yīng)赤霉素的DAG2和響應(yīng)脫落酸的LTI65等,表明植物激素在缺氮脅迫響應(yīng)中具有重要的調(diào)控作用。3.甘藍(lán)型油菜響應(yīng)短期及長(zhǎng)期缺氮脅迫的基因表達(dá)氮同化、光合作用及植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因均響應(yīng)短期缺氮脅迫(6 h、24h)。短期缺氮處理抑制了部分硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)子及銨轉(zhuǎn)運(yùn)子的表達(dá),參與氮同化的NR、NiR和谷氨酸合酶NADH-GOGAT的基因表達(dá)也主要受到抑制。光合作用中,光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ中部分光能捕獲及能量傳遞相關(guān)的基因表達(dá)被抑制。植物激素代謝與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)同樣受到短期缺氮脅迫的影響。長(zhǎng)期缺氮脅迫(3 d、7 d)主要影響了糖代謝、氨基酸代謝及脂肪酸合成等途徑中的基因表達(dá)。長(zhǎng)期缺氮脅迫促進(jìn)了淀粉及蔗糖合成途徑中一些基因的表達(dá),糖異生途徑中,地上部PEPCK的表達(dá)量降低,而PPDK的表達(dá)量升高。長(zhǎng)期缺氮脅迫促進(jìn)了與谷氨酸積累相關(guān)基因的表達(dá),抑制了與脂肪酸合成與延長(zhǎng)相關(guān)的大部分同源基因在地上部的表達(dá)。氮高效基因型D4-15和氮低效基因型D2-1對(duì)缺氮脅迫的響應(yīng)存在差異。短期缺氮脅迫中,部分NRT、AMT及NR相關(guān)基因只在D4-15中的表達(dá)受到誘導(dǎo),可能與D4-15更強(qiáng)的氮吸收及同化能力有關(guān)。光合作用中,部分光系統(tǒng)Ⅰ的同源基因只在D4-15中被誘導(dǎo),可能與其更高的光合效率有關(guān)。ABA、IAA、CTK及乙烯合成相關(guān)基因也在二者中表達(dá)模式不同。長(zhǎng)期缺氮脅迫中,參與淀粉合成、淀粉分解及蔗糖合成的一些基因僅在D4-15地上部表達(dá)量上升,可能與D4-15更高的干物重有關(guān)。與谷氨酸積累和脂肪酸合成相關(guān)的同源基因在D4-15中受到長(zhǎng)期缺氮脅迫誘導(dǎo)表達(dá),而這些基因的表達(dá)在D2-1中沒(méi)有被誘導(dǎo),同樣表明了D4-15的抗脅迫能力可能強(qiáng)于D2-1。
【圖文】：

第一片真葉開(kāi)始變黃，與正常供氮植株相比，氮饑餓植株葉片數(shù)目少，葉片面積較小，根系較長(zhǎng)（圖 3.1 D）。圖3.1 甘藍(lán)型油菜氮高、低效基因型響應(yīng)氮饑餓脅迫的表型差異。（A）甘藍(lán)型油菜氮高低效基因型氮饑餓處理6 h的表型差異；（B）甘藍(lán)型油菜氮高低效基因型氮饑餓處理24 h的表型差異；（C）甘藍(lán)型油菜氮高低效基因型氮饑餓處理3 d的表型差異；（D）甘藍(lán)型油菜氮高低效基因型氮饑餓處理7 d的表型差異，D2-1，氮低效基因型，D4-15，氮高效基因型，0 h、6h、24 h、3 d和7 d代表氮饑餓處理時(shí)間。Fig. 3.1 Phenotypic variation of two different genotypes of Brassica napus inresponse to N starvation. (A) Phenotypic variation of two different genotypes of Brassicanapus after 6-hour N starvation; (B) Phenotypic

部 13298 個(gè)，根部 9137 個(gè)。既在氮處理間差異表達(dá)、又在基因型間差異表達(dá)的基因共 8811 個(gè)，其中地上部 6271 個(gè)，根部 2521 個(gè)（圖 3.3 E、F）。圖3.2 各時(shí)間點(diǎn)差異表達(dá)基因數(shù)目。（A）各時(shí)間點(diǎn)根部氮饑餓差異表達(dá)基因（-N vs+N）；（B）各時(shí)間點(diǎn)地上部氮饑餓差異表達(dá)基因（-N vs +N），，D2-1，只在D2-1中差異表達(dá)的基因，D4-15，只在D4-15中差異表達(dá)的基因，shared表示在二者中都顯示差異表達(dá)的基因。6 h、24 h、3 d和7 d代表氮饑餓處理時(shí)間。DESeq2，|log2(fold change) | > 1 & p.adj <0.05.Fig. 3.2 Number of differentially expressed genes. (A) Number of differentially expressedgenes in the root after N starvation; (B) Number of differentially expressed genes in the shootafter N starvation, D2-1
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S565.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王建春;李娜;;獼猴桃缺氮及氮中毒癥狀[J];北京農(nóng)業(yè);2008年34期

2 王忠民;如何確定作物缺氮、磷、鉀肥[J];河南科技;2001年08期

3 王忠民;如何確定作物缺氮、磷、鉀肥[J];四川農(nóng)業(yè)科技;2001年06期

4 李保衛(wèi);;作物缺氮、磷、鉀肥的癥狀[J];農(nóng)家科技;2002年03期

5 ;如何判斷作物缺氮、磷、鉀肥[J];廣西農(nóng)業(yè)科學(xué);2002年06期

6 劉校麗;劉雪珂;王順領(lǐng);;常見(jiàn)作物缺氮癥狀及防治方法[J];農(nóng)家參謀(種業(yè)大觀);2013年06期

7 葛珍珍;王杰;余曉斌;;分批補(bǔ)料及缺氮培養(yǎng)對(duì)小球藻油脂產(chǎn)量的影響[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年24期

8 王吉祥;;用科學(xué)方法觀察農(nóng)作物缺氮、磷、鉀肥[J];湖北農(nóng)機(jī)化;2002年02期

9 王忠民;如何判斷作物缺氮、磷、鉀肥[J];中國(guó)果菜;2002年04期

10 葛珍珍;王杰;余曉斌;;分批補(bǔ)料及缺氮培養(yǎng)對(duì)小球藻油脂產(chǎn)量的影響(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2012年12期

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前9條

1 張志強(qiáng);獼猴桃缺氮的防治措施[N];陜西科技報(bào);2009年

2 王忠民;如何確定作物缺氮、磷、鉀[N];云南科技報(bào);2001年

3 薛志成;如何確定作物缺氮、磷、鉀肥[N];湖北科技報(bào);2006年

4 梁久梅;蔬菜缺氮磷鉀咋辦[N];臨汾日?qǐng)?bào);2010年

5 劉萬(wàn)珍;葡萄缺氮磷鉀咋治[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2015年

6 方圓;棉花缺氮蕾鈴易脫落[N];江蘇農(nóng)業(yè)科技報(bào);2006年

7 山東省東平縣農(nóng)委 王玉堂;小麥缺氮缺鉀的補(bǔ)救措施[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2012年

8 王立華;小麥缺氮缺鉀及時(shí)補(bǔ)救[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2012年

9 陳倫壽;蔬菜缺乏氮、磷、鉀有哪些典型癥狀[N];中國(guó)縣域經(jīng)濟(jì)報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 高一帆;缺氮和營(yíng)養(yǎng)方式對(duì)Parachlorella kessleri TY油脂積累的影響研究[D];山西大學(xué);2019年

2 武永軍;缺氮復(fù)氮處理下玉米幼苗根系的表觀遺傳機(jī)制研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2012年

3 趙龍生;紅藻光合作用藻膽體—類(lèi)囊體膜的超分子結(jié)構(gòu)及其對(duì)缺氮的響應(yīng)[D];山東大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 楊凝眉;甘藍(lán)型油菜響應(yīng)缺氮脅迫的基因表達(dá)譜及共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

2 龐曉琴;NdhF1在藍(lán)藻缺氮休眠過(guò)程中的功能機(jī)制研究[D];上海師范大學(xué);2019年

3 張芳芳;一株富含鯊烯的叢粒藻藻株鑒定、烴成分分析及缺氮對(duì)烴脂積累影響的初步研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

4 張磊;營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境因子對(duì)蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa產(chǎn)氫的影響[D];暨南大學(xué);2010年

5 李金洵;血球藻在脅迫條件下葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯縖D];湖北工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2669028