地枫皮不同干旱胁迫条件下的生理变化与基因差异表达分析

发布时间：2020-06-17 23:11

【摘要】：地枫皮(Illicicum difengpi K.I.B.et K.I.M)是喀斯特石山特有植物,主要生长在喀斯特山顶的裸岩及半裸岩山上,能适应山顶极端恶劣的生存环境。本研究以地枫皮种子和幼苗为材料,研究水分胁迫(土壤相对含水量范围为10%~90%,相差10%为一个梯度)对其种子萌发和早期幼苗生长的影响,以及后期幼苗响应干旱胁迫(70%~80%为对照,40%~50%、10%~20%为胁迫处理)的生理生态适应性,并提取叶片RNA,利用Illumina Hi Seq平台进行转录组测序。之后对测序结果进行分析,包括GO功能注释、KEGG通路注释以及不同处理之间差异表达基因的分析,从而筛选出可能与地枫皮抗旱耐受调节相关的大量基因的信息。研究的主要结果如下:1.地枫皮种子在40%~90%土壤含水量范围内均能萌发,但萌发率各不相同,其中60%和70%相对土壤含水量下的种子萌发率最高。土壤含水量低于40%不能萌发,但水分胁迫解除后,种子能够快速萌发。2.地枫皮早期幼苗在40%~100%土壤含水量范围内均可生长,其中其株高、叶片数、冠幅、根数以及各部分生物量均随土壤含水量的降低呈现出先升后降的趋势。其中70%相对土壤含水量为最适水分条件,同时地上和地下部分积累的生物量及总生物量也最多。3.地枫皮幼苗在受到干旱胁迫时,其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)光合参数均会显著下降,胞间CO2浓度(Ci)先降后升;叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)含量显著下降,水分胁迫处理的Car/Chl(a+b)均显著高于对照。脯氨酸和可溶性糖含量随着水分胁迫强度加大呈显著增加。土壤含水量从70%~80%到40%~50%,最后降低至10%~20%的过程中,SOD和POD的活性持续显著增强。MDA含量只在土壤含水量为10%~20%时显著增加。4.获得的Unigene与NR、String、Swissprot、KEGG、Pfam数据库进行比对,各数据库基因比对数分别为38938、13493、15198、22823、19398。与NR数据库比对中,物种类别比对率最高的是葡萄属(Vitis vinifera)。Unigene的COG功能分类将所有的Unigene被划归为26个不同的功能类别,其中通用功能和信号转导机制功能基因最多。转录组的KEGG注释将所有Unigene注释到379个通路中。5.差异表达基因的分析表明,两两处理互相对比共有的显著差异基因有124个,其中有28个基因表现为持续显著上调,其余96个基因为持续显著下调。70%~80%与10%~20%对比显著差异表达基因最多,为4451个;其次为70%~80%与40%~50%两组对比,有差异表达基因2489个;40%~50%和10%~20%对比差异表达基因最少,为753个。6.通过SSR分析共获得16218个SSR,其中单碱基重复最多,有8644个。SNP分析表明9个样品SNP数量按以下顺序70%~80%(1-3)、40%~50%(1-3)、10%~20%(1-3)分别为88707、93711、68072、61398、77649、66656、79726、84947、75883。7.通过对样品间差异表达基因的分析,筛选出5类(b ZIP、DREB、MYB/MYC、NAC、WRKY)与其抗旱相关的转录因子类基因79个,2个持续显著上调且高丰度表达的IV类几丁质酶基因,以及6个3-磷酸甘油醛脱氢酶基因。这些基因均有可能参与了地枫皮响应干旱胁迫的调节过程。
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2;Q945.78
【图文】：

光合生理,幼苗,土壤水分,土壤含水量

3.2 干旱胁迫对地枫皮幼苗生理指标的影响3.2.1 干旱胁迫对幼苗光合参数的影响如图 6 所示，随着干旱程度的加深，地枫皮幼苗叶片的净光合速率（Pn）显著下降，40%~50%土壤含水量的 Pn 显著大幅下降，只有 0.095μmol·m-2·s-1，且当土壤含水量降至 10%~20%时光合速率为负值。同时气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）均随土壤含水量的降低表现为持续下降趋势。而胞间 CO2浓度(Ci)则表现为先降后升的趋势。A B

土壤含水量,幼苗

不同水分胁迫下地枫皮幼苗的光合色素含量

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