苹果钾转运蛋白基因家族表达及干旱条件下根系钾吸收转运特性分析

发布时间：2017-10-30 01:20

  本文关键词：苹果钾转运蛋白基因家族表达及干旱条件下根系钾吸收转运特性分析

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【摘要】：钾(K+)作为重要的矿质营养元素之一,参与植物的多个生理过程,并影响着作物的产量和质量。植物根系对K的吸收能力不仅受土壤中有效钾的浓度影响,且受土壤水分条件高度调控。为了解析干旱条件下苹果K+吸收利用特性,本文从基因水平筛选了苹果K转运蛋白基因,分析了它们组织器官表达特性,并在水培试验条件下,运用非损伤微侧技术(Non-invasive Micro-test Technique,NMT),研究干旱(15%PEG)和低钾胁迫下对其生理生长与根部K+、H+流速的影响。主要结果如下:1.通过已存在的苹果基因组数据库筛选了K+转运蛋白基因,分析其系统发育关系,并利用qRT-PCR检测了其在平邑甜茶砧木中果实发育过程和各器官组织的表达特性。结果表明,在苹果中存在65个K+转运蛋白基因,包括CHX家族(33)、HAK家族(24)、HKT家族(1)和KEA家族(7),它们与拟南芥K+转运蛋白基因高度同源,其基因结构相对保守,并且不均匀地分布在13条染色体上。定量表达分析发现,K+转运蛋白基因具有不同的表达模式,其中在根中高度表达的基因有32个,在叶片中高度表达的基因有12个,在茎尖中高度表达的基因有11个,在果实中高度表达的基因有19个。研究结果为揭示苹果K+转运蛋白基因的功能提供基础资料。2.在水培系统中,利用15%PEG模拟干旱处理平邑甜茶幼苗,通过综合生理指标,叶片相对含水量及K+含量检测结果表明,平邑甜茶为干旱敏感植株,干旱胁迫降低了根系对K+的吸收与利用,并影响其生长发育;低钾胁迫下(K:0.05mM),根系生长明显受到抑制,根系吸收转运K+能力与对照组相似,K+与H+流的检测结果也支持这一判断;干旱低钾胁迫(15%PEG、K:0.05mM)组在培养12天左右死亡,说明水分胁迫与K+的吸收有着必然的联系。3.平邑甜茶在15%PEG诱导的干旱胁迫下,根系K+吸收与H+外排趋势有不同程度的降低,当被通道蛋白抑制剂CsCl与PM H+-ATPase抑制剂原钒酸盐(Orthovanadate)作用时,后者抑制K+吸收与H+外排程度更大,且实时荧光定量PCR结果显示,6个K+转运蛋白基因均呈现上调趋势,其中来自于KUP家族的MDP0000247022响应最为明显,说明在旱胁迫下,K+转运蛋白基因被诱导激活,K+/H+逆转运蛋白主要介导根系K+吸收;平邑甜茶对照组与低钾胁迫组,在Cs Cl与原钒酸盐2种抑制剂作用下,根系K+吸收与H+外排下降程度相类似,说明在空白对照与低钾胁迫下,K+通道蛋白与转运蛋白在根系K+的吸收上有着相同的贡献。
【关键词】：苹果 钾 干旱 转运蛋白 非损伤微测
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S661.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 文献综述10-14
• 1.1 土壤中K素的现状10
• 1.2 钾素对植物生理生态的影响10
• 1.3 植物对钾的吸收机理10-12
• 1.3.1 K~+的分类运输10-11
• 1.3.2 K~+转运蛋白的生理功能11-12
• 1.3.3 钾缺乏的感知机制12
• 1.4 干旱胁迫影响矿质离子的吸收12-13
• 1.5 本研究的目的与意义13-14
• 第二章 苹果K~+转运蛋白基因家族的鉴定与表达分析14-27
• 2.1 材料和方法14-17
• 2.1.1 试验材料14-15
• 2.1.2 苹果K~+转运蛋白基因序列比对15
• 2.1.3 跨膜结构域预测及亚细胞定位15
• 2.1.4 绘制染色体定位图15
• 2.1.5 确定保守结构域及构建系统进化树15
• 2.1.6 分析序列的内含子外显子15
• 2.1.7 RNA提取和cNDA合成15
• 2.1.8 荧光定量PCR15-17
• 2.2 结果与分析17-25
• 2.2.1 苹果K~+转运蛋白基因的鉴定17-20
• 2.2.2 苹果K~+转运蛋白基因的染色体定位20
• 2.2.3 苹果K~+转蛋白基因家族进化树的构建20
• 2.2.4 苹果K~+转蛋白基因家族成员的基因结构分析20-22
• 2.2.5 苹果K~+转蛋白基因的组织表达分析22-25
• 2.3 讨论25-27
• 第三章 干旱低钾胁迫下根系吸收转运K~+特性分析27-43
• 3.1 试验材料27
• 3.2 试验方法27-32
• 3.2.1 逆境处理27-28
• 3.2.2 生长参数测定28
• 3.2.3 相对含水量测定28-29
• 3.2.4 根部指标测定29
• 3.2.5 K~+含量测定29
• 3.2.6 NMT系统设置29
• 3.2.7 离子选择性微电极的准备29-30
• 3.2.8 离子选择性微电极的校准30
• 3.2.9 空白对照组K~+与H~+流速的测定30
• 3.2.10 抑制剂处理后K~+与H~+流速的测定30-31
• 3.2.11 流速数据分析31
• 3.2.12 RNA提取和cNDA合成31-32
• 3.2.13 荧光定量PCR32
• 3.3 结果与分析32-39
• 3.3.1 15%PEG、低钾胁迫对不同基因型砧木实生苗的生理影响32-35
• 3.3.2 15%PEG、低钾胁迫平邑甜茶砧木实生苗相对含水量的影响35
• 3.3.3 15%PEG、低钾胁迫平邑甜茶砧木实生苗K含量的影响35-36
• 3.3.4 平邑甜茶根系扫点36-37
• 3.3.5 不同处理对平邑甜茶根系K~+平均流速的影响37-38
• 3.3.6 不同处理对平邑甜茶根系H~+平均流速的影响38-39
• 3.3.7 苹果根系K转蛋白基因的表达分析39
• 3.4 讨论39-43
• 3.4.1 15%PEG模拟干旱胁迫对平邑甜茶砧木实生苗生理的影响39-40
• 3.4.2 低钾胁迫对平邑甜茶砧木实生苗生理功能的影响40-41
• 3.4.3 干旱与低钾胁迫下平邑甜茶根系K~+流速检测41-42
• 3.4.4 苹果根系K~+转蛋白基因的表达分析42-43
• 第四章 结论43-44
• 参考文献44-50
• 致谢50-51
• 作者简介51

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