低温处理对菜心花粉发育及相关基因表达的影响

发布时间：2017-04-04 08:15

  本文关键词：低温处理对菜心花粉发育及相关基因表达的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物的繁殖依赖于有活力的花粉,而花粉的败育会导致作物减产。花粉败育有多种原因,大体可分为遗传和环境两个方面。研究表明,在植物生长发育过程中,开花期对温度的要求最为严格,而由于花粉比雌蕊对温度更敏感,温度胁迫常首先导致花粉败育。近年,气候变化异常导致春季温度变化异常,“倒春寒”的现象愈演愈烈,这极大的影响了白菜等春季开花植物的花粉发育,阻碍了制种和繁种工作的正常开展。因此,弄清楚低温胁迫对植物花粉发育的影响,对于从理论上理解植物响应外界胁迫的机理以及蔬菜等作物的育种和生产实践都具有重要意义。本研究以菜心为材料,利用4℃低温对开花期的花序分别进行1 d、3 d、5d、7d的处理,通过对植株形态、结荚情况、花粉发育过程等的观察,旨在探明开花期低温处理对花粉发育的影响,在此基础上,利用转录组测序分析低温处理前后花蕾基因的表达变化,探索菜心花粉响应低温胁迫的分子机制。取得了如下结果：(1)通过细胞学观察发现四分体时期和单核花粉发育时期的花蕾对4℃低温的反应较其他级别敏感,四分体时期又比单核花粉发育时期更为敏感。根据菜心花粉发育的特点将其分成五个时期：花粉母细胞时期、四分体时期、单核花粉发育时期、双核花粉发育时期及三核花粉发育时期。随后对处理过的各个发育时期的花药进行半薄切片和透射电镜的观察,运用苯胺蓝对处于四分体时期的花粉进行胼胝质染色,利用FDA检测成熟花粉的生活力,以及进行测交授粉、统计结荚率。发现低温处理3d后四分体时期和单核花粉发育时期的花蕾即受影响,并随着处理时间的延长而加重。其中四分体时期又比单核花粉发育时期更为敏感。在后期正常温度生长中难以恢复正常花粉发育过程。(2)透射电镜观察及苯胺蓝染色实验发现在4℃低温处理后,四分体时期胼胝质提前降解及绒毡层不能正常降解导致花粉壁发育异常,最终导致花粉败育。通过透射电镜观察低温处理后的花药发育情况,发现四分体时期的花蕾经过低温处理后导致花粉壁发育不正常。对四分体时期的花粉进行胼胝质染色观察发现,低温处理后胼胝质提前降解。半薄及超薄切片观察发现与对照相比,低温处理后绒毡层不能正常降解。由此可知,四分体时期对低温处理影响最为敏感,该时期胼胝质提前降解及绒毡层不能正常降解导致花粉壁发育异常,最终导致花粉败育。(3)通过对表型明显的处理进行转绿组测序分析,发现1527个在低温处理前后差异表达的基因,同时,还发现了1098个白菜参考基因组中未注释的新基因,以及824个长链非编码RNA (lncRNA),其中81个lncRNA在低温处理前后具有差异表达。取4℃低温处理对菜心花粉发育影响最严重的7d中最敏感的四分体时期的花蕾进行转录组测序。发现1527个基因在处理组中与对照中差异表达。在这些差异表达基因中,找到了两个在植物营养生长时期响应低温胁迫重要调控途径(CBF调控途径)中的关键基因：RD29A/COR78/LTI78和JAZ1。还发掘了白菜参考基因组中未注释的1098个新基因。此外,鉴定得到824个lncRNA,其中81个在低温处理前后具有差异表达。对这些差异表达的lncRNA进行靶基因分析,找到了8个在营养生长时期响应低温胁迫的基因。它们分别是：ICE1、JAZ1、WRKY34、EIN3、MYB56、CAMTA1、CAMTA12和CAMTA13。
【关键词】：低温胁迫 菜心 花粉发育 细胞壁 胼胝质 绒毡层 转录组测序
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S634.5
【目录】：

• 致谢9-13
• 缩略词13-14
• 摘要14-16
• Abstract16-19
• 前言19-22
• 1 文献综述：低温胁迫对植物花粉发育的影响22-34
• 1.1 植物花粉发育23-27
• 1.1.1 小孢子发生23-24
• 1.1.2 雄配子体形成24
• 1.1.3 花粉发育的细胞学过程24-27
• 1.2 低温胁迫对植物花粉发育的影响27-29
• 1.2.1 低温胁迫对植物花粉发育影响最敏感的时期27
• 1.2.2 低温胁迫对植物花粉壁的影响27-28
• 1.2.3 低温胁迫对植物细胞器形成的影响28-29
• 1.2.4 低温胁迫对花粉糖代谢的影响29
• 1.3 高低温胁迫对植物花粉发育影响异同29-30
• 1.4 花粉响应低温胁迫分子机理研究进展30-34
• 2 低温处理对菜心花粉发育的影响34-57
• 2.1 实验材料与方法34-36
• 2.1.1 实验材料34
• 2.1.2 实验设计34-35
• 2.1.3 温度统计35
• 2.1.4 植株形态观察35
• 2.1.5 花粉染色实验35
• 2.1.5.1 胼胝质染色35
• 2.1.5.2 花粉活力检测35
• 2.1.6 花粉发育过程细胞学观察35-36
• 2.1.7 植株结英统计36
• 2.2 结果与分析36-53
• 2.2.1 浙江省近5年温度变化统计分析36-37
• 2.2.2 低温处理对菜心植株形态的影响37
• 2.2.3 低温处理对菜心花粉发育影响的细胞学观察37-46
• 2.2.4 低温处理对菜心花粉胼胝质发育的影响46-47
• 2.2.5 低温处理对菜心花粉生活力的影响47-50
• 2.2.6 低温处理后菜心结荚情况统计50-53
• 2.3 讨论53-57
• 2.3.1 开花期低温处理对菜心花粉发育四分体时期影响最明显53
• 2.3.2 开花期低温处理导致花粉败育可能是由花粉壁发育异常引起53-57
• 3 利用转录组测序检测低温处理后花粉基因表达的变化57-75
• 3.1 实验材料和方法58-64
• 3.1.1 实验材料58
• 3.1.2 总RNA的提取58-59
• 3.1.3 RNA质量检测59
• 3.1.4 转录组测序59-60
• 3.1.5 测序质量评估60-61
• 3.1.6 新基因发现61-62
• 3.1.7 表达量分析62
• 3.1.8 差异表达分析62-63
• 3.1.9 基因注释与富集分析63
• 3.1.10 lncRNA的鉴定63-64
• 3.1.11 lncRNA靶基因的预测64
• 3.2 结果与分析64-71
• 3.2.1 提取的总RNA质量较高64-65
• 3.2.2 转录组测序概况65-67
• 3.2.2.1 测序结果质量分析65-66
• 3.2.2.2 转录组测序概况66-67
• 3.2.3 低温处理后花粉发育表达差异基因分析67-71
• 3.2.3.1 差异表达基因GO分类67
• 3.2.3.2 差异表达基因COG分类67
• 3.2.3.3 差异表达基因KEGG注释67-71
• 3.2.4 lncRNA的鉴定及靶基因的预测71
• 3.3 讨论71-75
• 3.3.1 低温胁迫导致花粉败育可能是由于冷胁迫相关基因表达少71-73
• 3.3.2 lncRNA在花粉发育响应低温胁迫中具有重要作用73-75
• 结论75-76
• 附录76-89
• 参考文献89-97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 钱存呜,周朝飞,夏穗生,马兆祉;早熟小麦后期发育特性研究——Ⅰ.低温对不同小麦品种花粉发育的影响[J];作物学报;1986年03期

2 王强生，石荫坪，王金政，隋从义;桃的花粉发育[J];落叶果树;1994年02期

3 庞广昌，王林嵩，马全祥，张黛静，陆文梁;棉花花粉发育过程中同工酶的研究[J];河南师范大学学报(自然科学版);1996年03期

4 赵世绪;;γ射线对春小麦花粉发育的影响[J];北京农业大学学报;1988年02期

5 C.M.Qian;杨文钰;;低温和基因型对小麦花粉发育的影响[J];麦类作物学报;1988年03期

6 徐青;王仙琴;田惠桥;;枸杞花粉发育的超微结构变化[J];西北植物学报;2006年02期

7 龚莉;;油菜蕾长与花粉发育时期的关系研究[J];安徽农学通报;2008年17期

8 柳俊;;马铃薯花蕾大小与花粉发育关系的研究[J];中国马铃薯;1993年04期

9 罗坤;花粉的结构与发育[J];蜜蜂杂志;2000年11期

10 朱丽萍,陈火英,庄天明,曹善强,杨连坤,刘杨;番茄不同花药长短及花粉发育时期其愈伤组织诱导率的相关性[J];上海交通大学学报(农业科学版);2005年03期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 刘树;楠潘磊;丁毅;;水稻花粉发育过程中多糖多光谱显微定量分析研究[A];基因开启未来：新时代的遗传学与科技进步——湖北省遗传学会第八次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2009年

2 张再君;杨金松;邱东峰;;红莲型细胞质雄性不育水稻花粉发育过程中的钙信号[A];中国的遗传学研究——遗传学进步推动中国西部经济与社会发展——2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编[C];2011年

3 叶正文;杜纪红;苏明申;周慧娟;;高温对桃小孢子产生及花粉发育的影响[A];中国园艺学会桃分会第三届学术研讨会论文集[C];2011年

4 张爱红;黄鹂;余小林;卢钢;向s，

本文编号：285210