二倍体及其同源四倍体西瓜基因表达谱分析及海藻糖抗逆调节机制初步探究

发布时间：2018-07-16 17:57

【摘要】：多倍化后的植物出现了许多异于二倍体的生物学性状,尤其是多倍体较二倍体拥有更强的环境适应性。为了弄清楚植物多倍体和二倍体之间的这些差异及产生这些差异的原因,我们以西瓜二倍体(2n)及其同源四倍体(4n)为材料,利用DGE及sRNA测序技术同时从转录组水平和转录后调控水平上对西瓜二倍体及其同源四倍体之间的差异表达mRNA及miRNA进行测序关联分析,并重点筛选出差异表达抗逆相关的mRNA和miRNA。再以西瓜二倍体悬浮细胞为材料,研究关联分析所得抗逆相关基因在胁迫条件下的表达调控模式。结合DGE测序结果,对海藻糖代谢途径上关键基因进行深入挖掘,利用MeJA,ETH,SA等植物激素模拟逆境信号对西瓜二倍体悬浮细胞进行诱导,探究这些基因的调控表达模式,同时探索这些基因在激素诱导和高温胁迫下基因表达模式有何异同?最后通过外源添加海藻糖的方式,验证海藻糖在植物逆境胁迫下的抗逆作用。取得的主要成果如下:(1) 2n及4n之间得到4985个差异表达基因,其中3291个在4n中表达上调,仅1694个在2n中表达上调;这些差异表达基因显著富集在基础代谢途径上,大部分起到催化功能和信号传递功能。这些差异表达的基因中抗逆相关的基因共134个,其中100个在4n中上调,仅34个在2n中上调:这些抗逆差异表达基因主要富集在植物病原互作途径上,与信号转导相关。(2) 2n及4n之间得到205个差异表达的已知miRNA和815个新miRNA;这些miRNA的靶基因显著富集在基础代谢途径上,大部分起到催化功能和信号传递功能,与结果(1)相吻合。这些差异表达的miRNA中抗逆相关的已知miRNA 25个,新miRNA 62个,这87个抗逆差异表达的miRNA有77个在2n中上调,仅10个在4n中上调。(3)结合DGE测序结果,在西瓜中挖掘出7个7PS基因家族成员和3个TRE基因家族成员,他们都对激素模拟的逆境信号做出上调表达响应,但表达模式各不相同。TPS基因在响应激素和高温胁迫时,ETH和MeJA的响应模式差别较大,但ETH和高温胁迫下的响应模式一致。(4)外源添加海藻糖预处理能显著缓解甘露醇渗透胁迫下细胞的生长状态。由以上结果得出结论:植物多倍体及二倍体之间的生理形态上及抗逆性上的差异均受到mRNA和miRNA的共同调控。植物中的海藻糖含量虽少,对植物的抗逆防御却起着一定的重要作用,在逆境胁迫下植物中的海藻糖基因会受诱导表达,参与植物的逆境胁迫防御调控。
[Abstract]:The polyploid plants have many biological characters which are different from diploid, especially polyploid has stronger environmental adaptability than diploid. In order to find out the differences between polyploid and diploid plants and the reasons for these differences, we used the diploid (2n) and its autotetraploid (4n) of watermelon as materials. The differential expression mRNA and miRNA of diploid and autotetraploid of watermelon were sequenced by DGE and sRNA sequencing at both transcriptional and post-transcriptional levels, and the mRNA and miRNA related to differential expression of stress resistance were selected. The expression and regulation patterns of stress related genes obtained by association analysis were studied by using diploid suspension cells of watermelon. Combined with the results of DGE sequencing, the key genes in trehalose metabolism pathway were deeply excavated. Plant hormones such as MeJAA ETHSA were used to induce the diploid suspension cells of watermelon, and the regulation and expression patterns of these genes were explored. At the same time, what are the similarities and differences of the expression patterns of these genes under hormone induction and heat stress? Finally, the stress resistance of trehalose under plant stress was verified by adding trehalose. The main results are as follows: (1) 4985 differentially expressed genes were obtained between 2n and 4n, of which 3291 genes were up-regulated in 4n and only 1694 genes were up-regulated in 2n. Most play catalytic and signaling functions. Among these differentially expressed genes, there were 134 genes related to stress resistance, of which 100 genes were up-regulated in 4n and only 34 genes were up-regulated in 2n. Related to signal transduction. (2) 205 known miRNAs and 815 new miRNAs with differentially expressed miRNAs were obtained between 2n and 4n. The target genes of these miRNAs were significantly enriched in basal metabolic pathways, most of which played catalytic and signal transduction functions, which coincided with result (1). Twenty-five known miRNAs and 62 new miRNAs expressed in these differentially expressed miRNAs were identified. 77 of these 87 differentially expressed miRNAs were up-regulated in 2n and only 10 in 4n. (3) combined with DGE sequencing, Seven members of the 7PS gene family and three members of the TRE gene family were excavated from watermelon, all of them responding to the up-regulation of stress signals simulated by hormone. However, the response patterns of ETH and Meja of TPS gene in response to hormone and high temperature stress were different. But the response pattern of ETH was the same as that under high temperature stress. (4) exogenous trehalose pretreatment significantly alleviated the growth state of cells under mannitol osmotic stress. It is concluded that the differences in physiological morphology and stress resistance between polyploid and diploid plants are regulated by mRNA and miRNA. Although trehalose content in plants is small, it plays an important role in plant defense against stress. Trehalose genes in plants under stress are induced to express and participate in the regulation of plant stress defense.
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S651

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本文编号：2127175