本文選題：赤霉素　切入點：轉(zhuǎn)錄調(diào)控　出處：《北京林業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,具有廣泛的工業(yè)用途與重要的生態(tài)價值。近年來,人們對木材的需求量在不斷增加,對木材質(zhì)量的要求也越來越高。因此,林木育種的主要目標(biāo)之一就是提高木材產(chǎn)量,改善木材品質(zhì)。而赤霉素是一類重要的植物激素,在植物生長和發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。在林木中,赤霉素可以影響樹木的生長、光合作用和木材形成,但產(chǎn)生這些影響的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步探索和揭示。因此,在林木中系統(tǒng)地開展響應(yīng)赤霉素轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)制研究具有重要意義。為此,本論文以模式樹木楊樹為材料,利用RNA-seq技術(shù)和生物信息學(xué)系統(tǒng)地研究了毛白楊響應(yīng)赤霉素的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式,并結(jié)合關(guān)聯(lián)作圖策略解析赤霉素響應(yīng)基因和非編碼RNA基因內(nèi)的等位變異效應(yīng),發(fā)現(xiàn)與光合、生長和木材品質(zhì)顯著關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記,揭示lncRNA-miRNA-mRNA對林木生長與木材品質(zhì)性狀的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本論文為林木響應(yīng)赤霉素的遺傳調(diào)控研究與分子標(biāo)記輔助育種提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：1.對赤霉素處理后的毛白楊進(jìn)行生理生化指標(biāo)、光合、生長和木材品質(zhì)性狀的測定與統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示,在赤霉素處理24 h之內(nèi),赤霉素處理對毛白楊的總蛋白含量、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、過氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量均產(chǎn)生顯著影響,其中赤霉素處理后6 h毛白楊的生理變化最明顯。處理后28天,赤霉素可以顯著提高毛白楊的Pn、Gs、Tr樹高、地莖、綜纖維素含量和纖維長,同時降低毛白楊的木質(zhì)素含量。實驗結(jié)果表明赤霉素可以顯著影響毛白楊的生理、光合、生長與木材品質(zhì)性狀。2.利用RNA-seq技術(shù)檢測到響應(yīng)赤霉素的1,268個基因。通路富集分析顯示有87個基因與細(xì)胞壁、葉綠體分裂、細(xì)胞分裂、細(xì)胞膨脹及光合作用相關(guān)。啟動子區(qū)域作用元件的富集分析顯示有37個與光合作用相關(guān)的赤霉素響應(yīng)基因的啟動子區(qū)域包含兩個赤霉素響應(yīng)作用元件：GARE和嘧啶盒。結(jié)合已知的赤霉素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,推測出一個參與光合作用的赤霉素響應(yīng)通路。單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)該通路中40個基因內(nèi)的142個SNP與光合、生長和木材品質(zhì)性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個SNP位點可解釋表型變異的0.01%-20.89%,上位性效應(yīng)分析檢測到有310對SNP-SNP互作對這些性狀產(chǎn)生影響,為光合作用的赤霉素響應(yīng)通路中基因之間的互作提供了證據(jù)。3.利用RNA-seq技術(shù)在全基因組范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)7,655個毛白楊lncRNA,這些lncRNA表現(xiàn)出比編碼蛋白的mRNA長度較短、表達(dá)量較低并且種間保守性較差。共發(fā)現(xiàn)響應(yīng)赤霉素的410個lncRNA,靶基因預(yù)測發(fā)現(xiàn)939個潛在的順式靶基因和965個潛在的反式靶基因�；蚬δ茏⑨屌c通路富集分析顯示這些lncRNA的潛在靶基因可能參與林木生長和木材形成。利用單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析技術(shù)檢測到20個lncRNA基因內(nèi)的38個SNP和158個靶基因內(nèi)的363個SNP位點與生長和木材品質(zhì)性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個SNP位點可解釋表型變異的2.50%-5.40%。上位效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)312對SNP-SNP代表lncRNA與靶基因之間的上位效應(yīng),為lncRNA與靶基因的互作提供了間接證據(jù)。4.利用miRNA-seq從毛白楊葉片中發(fā)現(xiàn)292個已知的miRNA和103個novel miRNA,其中25個已知的miRNA和33個novel miRNA是響應(yīng)赤霉素差異表達(dá)的miRNA.靶基因預(yù)測發(fā)現(xiàn)這58個響應(yīng)赤霉素的miRNA可能與345個靶基因互作,靶基因功能注釋與通路富集分析發(fā)現(xiàn)這些靶基因可能與生長相關(guān)。SNP多樣性分析表明miRNA成熟區(qū)以及靶基因中靶位點區(qū)域保守性較高。利用單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析檢測到27個miRNA內(nèi)的38個SNP以及87個靶基因內(nèi)的176個SNP與生長和光合性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個SNP位點可解釋表型變異的2.97%-7.13%,推測這些SNP可能對生長和光合性狀有影響。上位效應(yīng)發(fā)現(xiàn)82對SNP-SNP代表miRNA與靶基因之間的上位效應(yīng),為miRNA與靶基因的互作提供了證據(jù)。5.基因、lncRNA與niRNA之間的互作分析發(fā)現(xiàn)有10個lncRNA被預(yù)測為17個已知miRNA的前體,這17個miRNA可能與167個潛在靶基因互作；192個lncRNA被預(yù)測為191個miRNA的靶位點；TCONS_00264314是ptc-miR6459b的target mimic,而TCONS_00015177和TCONS_00013311是ptc-miR169y的target mimics。本文發(fā)現(xiàn)生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的基因、lncRNA與miRNA之間存在復(fù)雜的互作關(guān)系,表明lncRNA和miRNA可能參與生長素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。
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【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S792.117
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本文編號：1583954