高粱和拟南芥中生长素应答基因和温度胁迫响应基因的表达研究

发布时间：2020-07-05 19:53

【摘要】：温度是影响植物生长的重要环境因素之一。近年来,全球气候环境发生变化,许多植物受到了温度胁迫影响。为探究温度胁迫对植物生长发育影响的分子机理,本文首先以主要的粮食作物高粱为研究对象,初步探查了经典植物激素生长素的响应因子家族ARFs(Auxin Response Factors)在温度胁迫条件下的表达模式变化。随后,为了进一步研究植物应对温度胁迫的响应机理,选择遗传背景最清晰的模式植物拟南芥为研究对象,在形态学观察的基础上对其温度胁迫条件下可能的胁迫响应基因,尤其是生长素等其他激素可能的响应途径进行了探索。主要结果如下:1、使用生物信息学方法,在高粱(Sorghum bicolor)中筛选出25个ARF基因,随后采用实时定量技术研究了这25个ARF基因在高粱不同组织中的表达情况。此外,进行了高粱幼苗的温度胁迫实验,发现一些响应温度胁迫的ARF基因,并使用原位杂交技术研究了其中ARF3、ARF10、ARF15、ARF17以及ARF24这5个高表达基因的定位和定性。2、使用光学投影层析(Optical Projection Tomography,OPT)技术对高温胁迫后恢复生长的拟南芥(Arabidopsis thaliana)角果进行了三维重建和观察,发现高温胁迫对拟南芥胚珠的生长发育造成严重影响,而低温影响不明显。为了探查拟南芥高温胁迫响应基因,利用转录本测序技术在高温胁迫下拟南芥胚胎分化前后两个关键时期胚珠样本中共获得了48G的基因表达数据,然后对测序数据进行了多项生物信息学分析,从而对高温胁迫下南芥胚珠发育过程的基因表达情况有了更深的理解。3、为了更好地分析转录本(Transcriptional transcript,TT)中差异表达的基因数据,进一步筛选在拟南芥胚珠发育过程中响应高温胁迫反应的基因,一方面,将TT数据与KEGG数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)中植物激素信号调控网络通路图(Plant hormone signal transduction pathway,PHST)进行比较分析,发现TT数据中有42个基因家族共计270个基因成员在PHST中占据重要地位(其中71个基因在高温胁迫前后表达量差异显著),并制作了与拟南芥高温胁迫相关的PHST基因热图。接着选择生长素信号通路,利用实时定量PCR分析技术验证了在TT数据库中差异表达显著的20个生长素调控相关基因的表达情况,结果发现拟南芥中有15个基因响应分化前胚珠(胚胎发育至球形期)的高温胁迫,5个基因响应分化后胚珠(胚胎发育至鱼雷期)的高温胁迫。另一方面,将收集和整理出的近5年来与拟南芥和高温胁迫有密切关系的44个功能基因在TT数据库中进行比较分析,筛选出16个差异表达显著的基因。实时定量PCR分析验证显示这16个功能基因中,有9个基因响应分化前胚珠的高温胁迫,10个基因响应分化后胚珠的高温胁迫。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S514;Q943.2
【图文】：

高粱,多重序列,比对分析,系统进化树

图 2.1 高粱 25 个 ARF 蛋白 B3 DNA 结合结构域的多重序列比对分析随后，对拟南芥，水稻和高粱的全部 ARFs 家族成员进行了系统进化树的制作，并绘制了圆形进化树，如图 2.2 所示。系统进化树显示，这三个物种的 ARF 蛋白主

系统进化树分析,高粱,拟南芥,水稻

图 2.2 拟南芥、水稻和高粱 ARF 蛋白的系统进化树分析OsARFs 为水稻 ARF 蛋白，AtARFs 为拟南芥 ARF 蛋白，SbARF 为高粱 ARF 蛋白。不同颜色代表不同类别的分支

高粱,幼苗,温度胁迫,萌发生长

第二章高粱生长素反应因子基因家族对温度胁迫的响应2.2.3 高粱 ARFs 基因在温度胁迫下的差异表达本研究中，使用萌发生长 14 天的高粱幼苗进行高温和低温胁迫处理。处理时间分别为1h，3h和6h，处理完成后收集材料进行RNA提取、反转录和qRT-PCR。qRT-PCR的结果如图 2.5 和图 2.6 所示。

【参考文献】