棉花种质耐碱性鉴定及GhMGL11耐碱基因功能验证

发布时间：2020-05-05 03:41

【摘要】：盐碱胁迫是制约棉花产量和品质提高的重要环境因子。提高棉花耐盐碱性,对提高棉花生产具有重要意义。本研究针对萌发期和三叶期对棉花种质进行耐碱性鉴定。棉花三叶期是胁迫敏感时期,选用耐碱棉花陆地棉材料中9807,在三叶期对其进行不同盐碱处理。分析其表型变化,并结合转录组数据比较分析耐盐和耐碱之间的差异,挖掘棉花耐碱相关基因和调控网络。对耐碱基因GhMGL11进行了初步功能分析,为棉花育种工作提供一定的参考。主要研究结果总结如下:1、对不同品种的棉花种质材料在萌发期进行碱处理,初步对棉花萌发期进行了耐碱性鉴定。25 mM Na_2CO_3,萌发处理5d,计算种子相对胚根成活率作为耐碱性的鉴定指标,将种质耐碱性分为四个等级:抗、耐、不耐、敏,并对31份材料进行了耐碱性评价。对萌发期鉴定的8份材料进行了三叶期含水量和叶绿素含量的测定,结果显示品种耐碱性与萌发期结果基本一致。通过萌发期鉴定和三叶期筛选,得到耐碱性陆地棉材料中9807,用作下一步转录组分析的试验材料。2、对陆地棉中9807三叶期进行不同的盐碱处理(Na_2CO_3,NaCl和NaOH),在根和叶中分别找到25929个、6564个差异表达基因(DEGs)。其中对Na_2CO_3胁迫下根和叶共有的762个差异基因进行了聚类分析,找出表达模式相同的cluster,挖掘出特异性表达的耐碱候选基因(A12G2168:胱硫醚γ-合成酶基因GhMGL11)。3、在陆地棉中克隆了GhMGL11基因,该基因的编码区序列全长1359bp,编码452个氨基酸,亲水性蛋白,亚细胞定位于细胞质,无信号肽。含有保守结构域Cys_Met_Meta_PP,属于PLP(Pyridoxal phosphate)依赖性氨基转移酶。陆地棉中存在23个含有Cys_Met_Meta_PP结构域的基因。通过转基因的方法将该基因导入拟南芥中,过表达GhMGL11基因的拟南芥萌发期根长增加,VIGS沉默GhMGL11基因的棉花幼苗对碱胁迫的伤害更敏感。4、棉花在NaCl胁迫下,SOS(salt overly sensitive)、NHX(Na~+/H~+exchanger)、CHX(Cation/H~+exchangers)等参与调控离子稳态的基因显著上调表达;Na OH胁迫下,调控糖代谢相关基因显著上调表达。Na_2CO_3胁迫下,高pH对植物细胞造成损伤,引起细胞中调控果胶合成酶相关基因的表达,加固细胞壁合成,从而抵御高pH伤害。ATPase的水解作用产生H~+,中和细胞质的OH~-。同时,还会引起植物激素信号转导和ROS关键酶活性的激活来应对盐离子毒害,维持细胞离子稳态。通过转录组比较分析,我们对植物耐盐相关途径进行了进一步的分析讨论,并建立了与耐碱相关的糖代谢相关调控网络,为植物耐碱性及盐碱差异性研究提供了基础。
【图文】：

胚根,表型,处理浓度,碱胁迫

业科学院硕士学位论文第三章结果与分第三章结果与分析陆地棉萌发期耐碱性鉴定碱胁迫条件筛选察种子萌发情况（如图 3-1），发现 25 mM Na2CO3处理 5 d 时胚根受害表型明显且不致5 mM Na2CO3、5 d 作为碱胁迫处理条件，调查胚根是否成活（划分标准如图 3-2）作为状指标。调查胚根成活率，，结果统计如表 3。

胚根,划分标准,清水,成活率

图 3-2 胚根成活划分标准Figure 3-2 Radical survival criteria定方差分析，如表 3-2 显示，区组间差异不显著，即明碱胁迫处理对种子胚根成活率存在明显抑制的差异性，说明不同品种间在耐碱性上存在差异表 3-1 不同处理下棉花胚根成活率调查3-1 Investigation on the survival rates of cotton in different 处理胚根成活率/%I II 25mM Na2CO360.3 59.2 清水 100.0 100.0 25mM Na2CO346.1 50.5 清水 100.0 100.0 25mM Na2CO329.4 39.9 清水 98.1 100.0 25mM Na2CO341.6 45.1 清水 100.0 100.0 25mM Na2CO370.1 65.2 清水 100.0 100.0
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562

【参考文献】