本文關鍵詞：低溫脅迫下兩種桉樹的生理響應特征及轉錄表達差異研究

  更多相關文章： 桉樹 轉錄組 基因注釋 GO富集 差異表達 轉錄因子 蛋白激酶

【摘要】：低溫是限制植物自然分布和栽培區(qū)帶的主要因素之一,也是世界各國的自然災害之一。因此,研究低溫脅迫對植物的傷害作用及其機理、探索植物抗冷凍機制及其預防措施,不僅對于引種栽培具有理論上的指導意義,而且對于發(fā)展培育較多品種的抗寒植物,增加我國寒冷地區(qū)植物的生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟學產(chǎn)量具有廣泛的應用價值。本研究選擇我國栽培面積較廣的尾巨桉(E. urophylla×E.grandis)和鄧恩桉(E. Dunnii)為實驗材料,通過田間栽培馴化,利用生物化學手段和轉錄測定及RNA-seq技術,從田間表現(xiàn)、室內測試的角度對兩種桉樹響應低溫脅迫的生理生化和轉錄機制進行了較為深入的研究,研究結果如下： 1)研究發(fā)現(xiàn),在田間尾巨和鄧恩桉對低溫表現(xiàn)出不同的耐寒適應特性,室內實驗低溫脅迫下兩種桉樹的抗氧化酶SOD活性與CAT含量均呈現(xiàn)明顯上升趨勢,表明抗氧化系統(tǒng)在清除氧自由基、抑制膜脂過氧化方面具有重要作用。實驗結果分析表明,在低溫下鄧恩桉的抗氧化酶SOD. CAT活性高于尾巨桉,MDA含量要低于尾巨桉,這在一定程度上證明鄧恩桉具有較強的低溫適應性能力。 2)研究發(fā)現(xiàn),尾巨桉和鄧恩桉應答低溫脅迫的差異基因。利用RNA-seq分別測試分析了冷脅迫(4℃)處理0h和3h的頂芽組織耐寒轉錄組數(shù)據(jù),分別獲得4,622,325,196、4,630,278,946、4,725,887,970和4,026,518,318對長度為100bp的Reads。5種常用的轉錄組數(shù)據(jù)組裝軟件比較分析,結果顯示Trinity最適合用于桉樹轉錄組數(shù)據(jù)組裝,最終產(chǎn)生了101,325條轉錄本(≥200bp),N50為1,134bp、平均長度為1,946bp,總容量為114.9Mb。在這些轉錄本中,64,590(63.74%)條轉錄本由功能數(shù)據(jù)庫成功注釋。去除兩個桉樹品種基因型的背景差異后,篩選到8,154個差異表達基因(DETs),這些基因可能與特定基因型的分子響應相關。對這些差異基因進行功能聚類分析結果表明"Response to stress"是顯著富集的GO條目。此外,根據(jù)注釋信息和結構域預測,在8,154差異表達轉錄本中,鑒定了253個編碼轉錄因子的轉錄本,如NAC和MYB家族成員等,68個編碼蛋白激酶的轉錄本,表明上游調控元件參加了冷脅迫的響應。 3)研究發(fā)現(xiàn),鄧恩桉響應不同時間冷脅迫的轉錄組差異。鄧恩桉幼苗分別進行4℃冷處理0h,3h,6h,12h以及24h,并進行轉錄組測序,共獲得205,325條轉錄本(≥300bp),平均長度為1,701.6bp,N50值為2,827bp,容量為289Mb的桉樹轉錄組數(shù)據(jù)庫。用Blast2GO軟件對桉樹總轉錄組的205,325條轉錄本進行功能注釋,134,358條轉錄本(65.4%)的獲得注釋信息。不同處理時間鄧恩桉樹轉錄組差異分析結果表明,在0h vs3h、0h vs6h、0h vs12h、0h vs24、3h vs6h、3h vs12h、3h vs24h、6h vs12h、6h vs24h和12h vs24h10個比較數(shù)據(jù)組差異表達基因數(shù)目(Log2FC=1, FDR0.5)分別為11,395,11,908,11,901,12,671,8,935,10,641,11,843,9,531、11,489、10,230。同時,研究發(fā)現(xiàn),隨著冷脅迫處理時間的延長,越來越多的基因參與到了冷脅迫響應過程中,且上調基因的比例逐漸增加,說明這些基因可能與鄧恩桉的耐冷機制相關。差異基因富集分析顯示,差異基顯著富集在'Response to stress'和'Translational initiation'兩個GO條目。此外,研究還發(fā)現(xiàn)了586條編碼轉錄因子和169條涉及蛋白激酶的轉錄本在冷脅迫的過程中出現(xiàn)了顯著性的差異表達。 4)本研究構建了鄧恩桉與冷脅迫相關的較為完整的轉錄組數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫將為后續(xù)的基因克隆及其功能研究提供寶貴的資源,也將為桉樹耐寒機理、遺傳改良提供分子生物學信息。
【關鍵詞】：桉樹 轉錄組 基因注釋 GO富集 差異表達 轉錄因子 蛋白激酶
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S792.39
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-22
• 1.1 桉樹生態(tài)問題的研究11-13
• 1.1.1 桉樹人工林水分研究11
• 1.1.2 桉樹人工林養(yǎng)分研究11-12
• 1.1.3 桉樹人工林化感作用研究12
• 1.1.4 桉樹生態(tài)問題的結論12-13
• 1.2 耐寒桉樹資源13-14
• 1.2.1 試驗歷史13
• 1.2.2 試驗種源13-14
• 1.3 桉樹耐寒性評價方法14-15
• 1.3.1 田間系統(tǒng)測試14
• 1.3.2 室內低溫測試14-15
• 1.4 桉樹耐寒生理響應15-16
• 1.4.1 桉樹細胞膜透性與耐寒相關性15
• 1.4.2 桉樹保護酶活性與耐寒相關性15
• 1.4.3 細胞滲透物質與耐寒相關性15-16
• 1.5 桉樹耐寒分子機制16-18
• 1.5.1 國內外桉樹耐寒相關基因的研究進展16
• 1.5.2 抗寒基因表達譜的研究16-17
• 1.5.3 國內外桉樹耐寒分子育種研究進展17-18
• 1.6 轉錄組測序技術在植物轉錄研究中的應用18-19
• 1.6.1 DNA測序技術的發(fā)展史18-19
• 1.6.2 第二代測序技術在植物轉錄組研究中的應用19
• 1.7 研究目的意義19-22
• 第二章 鄧恩桉和尾巨桉耐寒形態(tài)及生理指標測定22-29
• 2.1 材料與方法23-25
• 2.1.1 植物材料23
• 2.1.2 研究方法23-25
• 2.2 結果與討論25-29
• 2.2.1 田間鑒定評價25-26
• 2.2.2 室內耐寒測定評價26-29
• 第三章 鄧恩桉與尾巨桉轉錄組差異表達分析29-55
• 3.1 材料與方法31-40
• 3.1.1 研究材料31-32
• 3.1.2 研究方法32-40
• 3.2 結果與分析40-50
• 3.2.1 鄧恩桉和尾巨桉的轉錄組測序40-41
• 3.2.2 低溫脅迫下鄧恩桉和尾巨桉的轉錄組功能注釋分析41-44
• 3.2.3 鄧恩桉和尾巨桉轉錄組差異表達分析44-46
• 3.2.4 通過qRT-PCR對RNA-Seq結果驗證46-50
• 3.3 討論50-55
• 3.3.1 de novo組裝質量的評估50
• 3.3.2 冷應答基因的篩選50-53
• 3.3.3 轉錄調節(jié)是響應冷脅迫的主要方式53-55
• 第四章 鄧恩桉響應低溫差異基因表達譜分析55-74
• 4.1 研究方法57
• 4.1.1 植物材料57
• 4.1.2 研究方法57
• 4.2 結果57-68
• 4.2.1 不同脅迫時間下鄧恩桉生理指標變化57-58
• 4.2.2 de novo組裝58-59
• 4.2.3 組裝序列的ORF預測59-60
• 4.2.4 組裝序列的功能注釋60-61
• 4.2.5 不同程度冷脅迫鄧恩桉轉錄組差異分析61-65
• 4.2.6 差異表達基因的GO/KEGG富集分析65-68
• 4.2.7 鄧恩桉冷響應相關的轉錄因子和蛋白激酶68
• 4.3 討論68-74
• 4.3.1 脯氨酸代謝和喹啉類生物堿的生物合成68-70
• 4.3.2 脅迫響應和轉錄抑制相關轉錄本70
• 4.3.3 轉錄因子類在鄧恩桉抗寒中的作用70-74
• 結論74-76
• 參考文獻76-86
• 附錄86-102
• 致謝102-104
• 作者簡歷104

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈家浩;;永安市耐寒桉樹無性系比較試驗[J];現(xiàn)代農業(yè)科技;2010年13期

2 王琦;王豁然;;桉樹耐寒選育及測定[J];桉樹科技;1997年01期

3 李曉儲;黃利斌;施士爭;;北移引種耐寒桉樹苗期試初報[J];桉樹科技;1999年02期

4 張建明;陳庚元;;鄧恩桉種源和家系試驗研究[J];桉樹科技;1999年02期

5 羅建中;;耐寒桉樹良種——鄧恩桉[J];桉樹科技;2002年02期

6 莊國慶;胡天宇;郭洪英;劉均利;陳炙;楊曉蓉;;不同種源地桉樹抗寒性能的比較[J];桉樹科技;2010年01期

7 林善枝,張志毅;低溫誘導植物抗寒凍性研究與毛白楊抗凍性改良策略[J];北京林業(yè)大學學報;2000年06期

8 王新超,楊亞軍;茶樹抗性育種研究現(xiàn)狀[J];茶葉科學;2003年02期

9 田景花,張紅,李明,乜蘭春,王惠英;APM對黃瓜幼葉細胞超微結構冷穩(wěn)定性的影響[J];電子顯微學報;2002年02期

10 王泳,高智慧,彭華正,金群英,岳春雷;幾種桉樹、木麻黃苗期耐寒性研究初報[J];防護林科技;2005年S1期

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本文編號：703155