本文關(guān)鍵詞： 蚓果芥 適應(yīng)性進(jìn)化 轉(zhuǎn)錄組 干旱 PEG-6000 響應(yīng)模式　出處：《甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：適應(yīng)性進(jìn)化的分子機(jī)制是適應(yīng)性進(jìn)化最本質(zhì)的部分,是理解物種適應(yīng)性進(jìn)化的關(guān)鍵。在分子水平上,根據(jù)編碼蛋白質(zhì)基因的功能和含量是否發(fā)生變化,可將適應(yīng)性進(jìn)化分為:(1)基因序列水平和(2)基因表達(dá)調(diào)控水平兩種。受到正選擇的基因和基因表達(dá)量的變異介導(dǎo)了物種適應(yīng)性表型的形成,對(duì)物種的適應(yīng)性進(jìn)化有著重要的貢獻(xiàn)�；谛乱淮鷾y(cè)序技術(shù)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)是一種高效而精確的研究方法,為適應(yīng)性進(jìn)化提供了更為廣闊的視野,通過(guò)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析物種在基因序列水平和基因表達(dá)水平上的差異,可以很好得理解物種的適應(yīng)性進(jìn)化分子機(jī)制。干旱對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境都造成很大影響。植物耐旱的機(jī)制和策略千差萬(wàn)別,對(duì)植物耐干旱機(jī)制的研究已經(jīng)從多角度多層面展開(kāi)。近年來(lái),荒漠植物耐旱機(jī)制的研究發(fā)展很快,但是主要集中于一些典型的荒漠植物比如紅砂、沙冬青、白刺等上,而對(duì)干旱適應(yīng)性很強(qiáng)的低矮草本植物的研究卻相對(duì)較少,且對(duì)蚓果芥的研究完全空白。分別生長(zhǎng)于青藏高原和西北干旱區(qū)的兩種蚓果芥在表型上發(fā)生了明顯的分化,并對(duì)這兩種環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,所以它們是研究植物對(duì)高原和干旱區(qū)環(huán)境適應(yīng)性分化和進(jìn)化的良好材料。另外因其很強(qiáng)的耐旱,它們的耐旱機(jī)制也值得研究。本研究中,為了研究青�；ブ�(HZ)和蘭州白虎山(BSH)兩種生態(tài)型蚓果芥適應(yīng)性分化、進(jìn)化的分子機(jī)制,我們結(jié)合兩種生態(tài)型蚓果芥在控制條件下表型(種子發(fā)芽、生長(zhǎng)發(fā)育)和染色體的差異,對(duì)兩種生態(tài)型蚓果芥轉(zhuǎn)錄組結(jié)果進(jìn)行組裝,注釋,分析兩者的差異表達(dá)基因,篩選兩者的適應(yīng)性正選擇基因;另外,為了研究耐旱性更強(qiáng)的HZ型蚓果芥的耐旱機(jī)制,我們對(duì)HZ型蚓果芥幼苗用PEG-6000溶液進(jìn)行滲透脅迫處理,對(duì)其葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)一個(gè)響應(yīng)滲透脅迫的基因(BhCIPK12)進(jìn)行克隆和表達(dá)分析,最后對(duì)一批與抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)模式進(jìn)行分析,以期從生理、分子層面對(duì)HZ型蚓果芥耐旱機(jī)制得以初步地探索。本研究得到以下主要結(jié)論:1.兩種生態(tài)型蚓果芥表型和染色體的差異:(1)HZ型蚓果芥具有更強(qiáng)的種子活力;(2)BHS型蚓果芥生長(zhǎng)發(fā)育較HZ快,HZ型蚓果芥未能在室內(nèi)所控條件下抽薹;(3)BHS型蚓果芥為2倍體(n=14),HZ型蚓果芥為4倍體(n=28)。2.hz和bhs兩種生態(tài)型蚓果芥轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序、組裝與注釋:(1)hz和bsh型蚓果芥轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分別獲得大約22.4mb和21.6mb的干凈reads。hz型共獲得40,762個(gè)unigenes,平均長(zhǎng)度為833bp;bhs型獲得46,485個(gè)unigenes,平均長(zhǎng)度為764bp。兩種生態(tài)型總共獲得72,833個(gè)不冗余基因,平均長(zhǎng)度812bp;(2)蚓果芥與十字花科物種擬南芥、深山擬南芥和芥菜的相似度最高;大多數(shù)基因可獲得注釋且多數(shù)與響應(yīng)環(huán)境或者激素誘導(dǎo)的生物學(xué)過(guò)程,比如響應(yīng)鹽脅迫和鈣離子等有關(guān),這些基因在正常生長(zhǎng)發(fā)育階段的高表達(dá)可能對(duì)蚓果芥適應(yīng)各種逆境環(huán)境有很大幫助。3.兩種生態(tài)型蚓果芥轉(zhuǎn)錄差異表達(dá)分析:(1)總共有7,499個(gè)unigenes在bhs和hz型中發(fā)生差異表達(dá),其中大多數(shù)與響應(yīng)環(huán)境脅迫有關(guān),主要是響應(yīng)鹽脅迫、鈣離子、冷脅迫、aba通路、脫水脅迫的基因,這些基因的差異表達(dá)可能是兩種生態(tài)型蚓果芥產(chǎn)生分化的原因。(2)33個(gè)轉(zhuǎn)錄子家族中發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因,其中,最多的4個(gè)家族分別是ap2/erf,bhlh,myb,和wrky家族,這些轉(zhuǎn)錄資家族基因可能在兩種生態(tài)型分化過(guò)程中起著重要作用;(3)43個(gè)與開(kāi)花相關(guān)的基因發(fā)生差異表達(dá),18個(gè)與光周期、生物鐘和光信號(hào)有關(guān),8個(gè)與赤霉素信號(hào)通路和代謝有關(guān),13個(gè)與春化和自主通路有關(guān),4個(gè)與分生組織響應(yīng)和發(fā)育有關(guān),這些基因的差異表達(dá)可能與hz型不能在室內(nèi)抽薹有直接關(guān)系。4.兩種生態(tài)型蚓果芥適應(yīng)性正選擇基因分析:(1)共獲得145個(gè)正選擇基因,主要是與響應(yīng)鹽脅迫和寒冷脅迫有關(guān)的基因,這些基因?qū)τ隍竟孢m應(yīng)逆境環(huán)境至關(guān)重要;(2)25個(gè)基因?yàn)檎x擇差異表達(dá)基因,其中包括兩個(gè)與脅迫和荷爾蒙相關(guān)的基因ein2和keg以及一個(gè)調(diào)控開(kāi)花時(shí)間相關(guān)的基因elf6,這些基因?qū)煞N蚓果芥適應(yīng)各自環(huán)境至關(guān)重要。5.互助型蚓果芥對(duì)滲透脅迫的生理響應(yīng):(1)hz型蚓果芥對(duì)peg-6000的耐受極限在20%~30%之間,高于這個(gè)耐受極限,植物會(huì)在短期內(nèi)嚴(yán)重失水并會(huì)受到嚴(yán)重氧化損傷;反之,水分和氧化損傷水平會(huì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定的水平;(2)可溶性蛋白含量結(jié)果表明,植株在脅迫后期仍然保持很高的活性,另外,可溶性蛋白可能在脅迫后期參與滲透調(diào)節(jié)活動(dòng);(3)sod和cat酶主要在脅迫早期對(duì)植株起保護(hù)作用,而pod在脅迫晚期,尤其在受到嚴(yán)重?fù)p傷的植株中作用更為突出。6.互助型蚓果芥響應(yīng)滲透脅迫基因(BhCIPK12)的分離、克隆和表達(dá)分析:(1)在30%/4h的葉片材料中發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)大約為1600 bp的差異表達(dá)片段。該片段的ORF序列為1060 bp,預(yù)測(cè)蛋白氨基酸490個(gè),預(yù)測(cè)分子量54.99 kDa,pI為7.66;(2)我們推測(cè)BhCIPK12的表達(dá)模式為:隨著葉片中水分的降低表達(dá)水平會(huì)先增加后減少,并且表達(dá)豐度的顯著增加與葉片在短時(shí)間內(nèi)水分的驟減有很大關(guān)系。7.互助型蚓果芥抗氧化相關(guān)基因響應(yīng)滲透脅迫的表達(dá)分析:(1)59個(gè)目的基因中有35個(gè)基因表達(dá)上調(diào),包括12個(gè)抗氧化物基因,12個(gè)信號(hào)基因和轉(zhuǎn)錄子基因,11個(gè)光合相關(guān)基因。23個(gè)基因表達(dá)下調(diào),包括4個(gè)抗氧化基因,1個(gè)信號(hào)基因和18個(gè)光合作用相關(guān)基因;(2)大多數(shù)抗氧化物基因在早、中期的表達(dá)活躍可能在蚓果芥的抗氧化機(jī)制中起到重要作用;大量信號(hào)通路基因在脅迫早、中期的高表達(dá)對(duì)蚓果芥啟動(dòng)抗氧化等保護(hù)機(jī)制有重要作用;光合活動(dòng)在脅迫過(guò)程中受到了嚴(yán)重抑制,GHLH,PPDK2以及PHYA,B等少數(shù)光合基因可能在脅迫過(guò)程中,對(duì)維護(hù)蚓果芥光合活動(dòng)有重要作用。
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本文編號(hào)：1473601