富钾基因型烤烟的筛选及NHX基因的生物信息学变异分析

发布时间：2020-05-18 13:31

【摘要】：烟草作为种植广泛的重要经济作物,改良我国烤烟叶片钾含量是目前亟须的工作,选育叶高钾基因型具有重要意义。然而,至今没有一套准确、简便、批量筛选具有叶高钾潜力的单株的方法。NHX(Na+(K+)H+转运蛋白)一直作为抗盐方面的基因被研究,然而,最近有不少研究发现该基因也可以使植物大量吸收积累钾素,烟草中NHX基因还鲜有研究。本研究以两代杂交后代群体为材料,对基于“富钾烤烟不耐低钾”的规律,研究了在幼苗期筛选叶高钾单株方法的可行性,并提供了选育富钾烤烟的材料。同时研究了在不同供钾条件下,筛选类群的根系形态和根系生理指标,验证筛选效果。同源克隆了烟草中的NHX基因,比较该基因在黄化株中的变化,尝试探讨该筛选方法所得到的类别在钾效率上存在差异的分子原因。试验结果如下:(1)筛选出的单株在大田生长后,中部叶钾含量在类别间具有梯度规律,按时间顺序,第一类中的单株中部叶钾含量绝大部分达到2.0%以上,第二类大部分在1.5-2.5%范围,第三类则大部分低于1.5%。说明该筛选方法具有较高的准确性和可行性。(2)经过筛选的群体经过砂培试验表明,四个类群八个株系在整体上具有一定的梯度规律,从A到E类,与根系吸收积累钾素相关的指标表现以此降低。常钾处理下A6钾含量最高,E7钾含量最低,A6是E7的2.08倍,无外源钾下A6降低幅度最为明显,降低了55.56%。A6和C1在常钾处理具有最大的根系并且在钾胁迫后降低最多,分别降低了82%、70%,根系活力稍有差异但极差较小,为32.85mg/g/h,A6、A5、C1在常钾处理处理下根系活力高且在钾胁迫下降低最多,分别降低了33.71%,31.33%,39.58%。A6、A5、C1、A13在正常供钾情况下根系阳离子交换量较多且在钾胁迫条件下降低较多,分别降低了44.25%、40.38%、28.60%、23.71%。A6和D5根系ATP酶活性最高,A6、A5、C1受钾胁迫后降低幅度最大,分别为43.02%、48.14%、49.53%。因此,A6、A5、C1是较典型的富钾株表现。(3)用K326和筛选出的黄化株M1的叶片克隆烟草NHX基因,分别得到两个序列nt NHX2、nt NHX3和nt NHX2`nt NHX3`。通过比较发现,该基因保守性高,四个核苷酸序列的一致性达到97.61%,两个叶片中的基因的预测二级结构相差较大,预测氨基酸序列有三处不同,蛋白质结构有所差异。但编辑的蛋白质均为细胞膜嵌蛋白,功能为受体或者运输,有12处跨膜区,等电点PI=8.66。本试验所筛选出的类群,在钾含量、根系形态和根系生理指标方面都有整体上的梯度规律,表明筛选出的黄化株因为根系特性的差异、吸收钾素的差异而最终引起叶片钾含量的差异。因此本套以变黄为直观的筛选指标对群体进行叶高钾单株的批量筛选的方法,有较高的准确性和可行性,但是筛选过程容易出现误差和细节上的失误,因此需要和其他准确的鉴定方法进行配合。烟草NHX基因在黄化株中较普通基因型烤烟具有少量核苷酸变化和氨基酸变化,但是这些变化能否对烟草吸收运输钾离子产生实际的效用需要更多分子方面的深入研究。
【图文】：

钾含量,黄化,叶片

2.0~2.5 14 51.85% 18 32.14 % 2 5.26%>2.5 7 25.93 % 4 7.14 % 2 5.26%4.2 黄化群体的钾素积累和根系特性研究4.2.1 黄化群体的叶片钾含量差异测定两个处理下的叶片钾含量，结果见图 1（+：表示 UK 处理；-：表示 NK 处理，下同在 UK 处理下，A6、A13、C1、D2 具有较高的钾含量。E7 钾含量最低，A6 是 E7 的 2.08 倍NK 处理后除了 E5 钾含量稍有增加以外，其余群体所测钾含量均有不同程度的降低，其中以最为明显，降低了 55.56%，其次是 A13、A5、C1，分别降低了 34.78%，52.94%，，36%。

黄化,根系活力,根系阳离子交换量,阳离子交换量

图 2 黄化群体的根系活力（mg/g/h）Figure 2 Root activity of aureas populations（mg/g/h）注：各处理中不同字母表示在 P＜0.05 水平上差异显著。Note：Different letters in each treatment indicate significantly difference at P＜0.05 level.4.2.4 黄化群体的根系阳离子交换量差异测定两个处理下的根系阳离子交换量，结果绘于图 3 中。由图可知，在 UK 处理下，A6 的系阳离子交换量最多，其次为 A13、C1、A5，E7 的根系阳离子交换量最少。NK 处理下，E5 的系阳离子交换量最多，其次为 D2、A13、D5，A5、E7 最少最少，其次为 A6。相较 UK 处理，A5、C1、A13 降低幅度最大，分别为 44.25%、40.38%、28.60%、23.71%。D2、E5 稍有增加。上，A6、A5、C1、A13 在正常供钾情况下根系阳离子交换量较多且在钾胁迫条件下降低较多。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S572

【参考文献】