大麦响应低钾胁迫的基因型差异及其耐性机制研究

发布时间：2023-10-06 11:29

　　土壤缺钾已成为农业生产中的世界性问题,严重制约着作物的优质高产和农业可持续发展。揭示作物耐低钾的生理和分子机制,对作物耐低钾品种培育进而缓解钾肥的依赖性具有重要意义。青藏高原一年生野生大麦(Hordeum vulgare L.subsp.spontaneum)是我国宝贵的资源,其遗传多样性丰富且具有很强的耐胁迫性,发掘耐低钾种质与相关基因可为大麦及其他作物耐低钾育种提供优异遗传资源。本论文研究以西藏野生大麦为主要研究材料,研究了耐低钾的生理与分子机制,取得的主要结果如下:1.低钾胁迫影响大麦生长和生理特性的基因型差异供试材料为西藏野生大麦XZ153(耐低钾)、西藏野生大麦XZ141(低钾敏感)和栽培品种浙大9号(低钾敏感),在苗期分别进行低钾(0.01 mM KCl,LK)和正常钾(1 mM KCl,NK)处理。结果表明,低钾胁迫抑制大麦生长,减少干物质积累,但耐低钾基因型XZ153受影响较小。与另外两个大麦基因型相比,XZ153在低钾胁迫下光合速率和叶绿素含量(SPAD值)下降较小,钾从老叶转移至新叶较多。此外,在低钾胁迫下,植株体内的H⁺/K⁺

【文章页数】：167 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
第一章 文献综述
    1.1 植物对钾素的需求
        1.1.1 钾素的生理功能
        1.1.2 缺钾对植物生长发育的影响
        1.1.3 作物耐低钾的种间及基因型差异
    1.2 作物耐低钾机制研究进展
        1.2.1 生理机制
        1.2.2 分子机制
    1.3 转录组学在植物养分胁迫响应研究中的应用
    1.4 研究目的和技术路线
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 技术路线
第二章 低钾胁迫对大麦生理特性影响的基因型差异
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 大麦材料
        2.2.2 水培试验
        2.2.3 低钾胁迫处理
        2.2.4 生物量和元素含量测定
        2.2.5 光合特性和SPAD值的测定
        2.2.6 H+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性的测定
        2.2.7 数据分析
    2.3 结果与分析
        2.3.1 低钾胁迫对大麦生长的影响及其基因型差异
        2.3.2 低钾胁迫对大麦不同叶位钾含量的影响及基因型差异
        2.3.3 离子组对低钾胁迫的响应
        2.3.4 低钾胁迫对大麦光合特性和叶绿素含量的影响及其基因型差异
    2.4 讨论
第三章 基于RNA-Seq技术的大麦叶片响应低钾胁迫的表达谱分析
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 大麦材料
        3.2.2 水培试验
        3.2.3 低钾胁迫处理与取样
        3.2.4 生物量和钾含量的测定
        3.2.5 测序文库构建、上机和数据产出
        3.2.6 差异基因及表达值
        3.2.7 生物信息学分析
        3.2.8 数据统计分析
    3.3 结果与分析
        3.3.1 低钾胁迫对大麦生物量、钾离子浓度和含量的影响
        3.3.2 测序数据分析与质量评估
        3.3.3 差异表达基因的筛选和鉴定
        3.3.4 转录因子
        3.3.5 转运体和蛋白激酶
        3.3.6 植物激素信号调控和氧化胁迫相关基因
        3.3.7 不同叶位钾转运蛋白响应低钾胁迫的差异
        3.3.8 钾转运相关基因的顺式作用元件分析
        3.3.9 参与乙烯合成过程的SAM循环和蛋氨酸补偿途径相关基因
        3.3.10 低钾耐性相关基因的GO功能注释和KEGG分析
    3.4 讨论
        3.4.1 响应低钾胁迫的钾转运体和离子通道
        3.4.2 响应低钾胁迫的转录因子
        3.4.3 植物激素信号对低钾响应的调控
        3.4.4 乙烯生物合成过程中SAM循环和蛋氨酸补偿途径在低钾胁迫响应中的作用
第四章 大麦响应低钾胁迫的miRNAs及其靶标的鉴定与分析
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 大麦材料
        4.2.2 水培试验
        4.2.3 低钾胁迫处理与取样
        4.2.4 生物量、元素含量和SPAD值的测定
        4.2.5 microRNA和降解体文库的构建和测序
        4.2.6 microRNA的鉴定和靶标预测
        4.2.7 响应低钾胁迫的差异表达mi RNAs的鉴定
        4.2.8 数据分析
    4.3 结果与分析
        4.3.1 大麦响应低钾胁迫生理特性的基因型差异
        4.3.2 大麦miRNA谱对低钾胁迫的响应
        4.3.3 低钾胁迫下差异表达的miRNA鉴定
        4.3.4 低钾胁迫下差异表达miRNA的靶基因鉴定
    4.4 讨论
        4.4.1 西藏野生大麦XZ153的耐低钾能力明显大于浙大9号
        4.4.2 低钾胁迫下高表达的miRNA及其靶基因的鉴定
        4.4.3 低钾胁迫下mi R164c、mi R169h和 mi R395a介导三条代谢途径
        4.4.4 低钾胁迫下osa-miR166G-3p和 ghr-miR482b调控钙信号
        4.4.5 低钾胁迫下osa-miR166G-3p和 ghr-miR482b调控钙信号
        4.4.6 低钾胁迫下ata-miR396c和 osa-miR171e调节蛋氨酸补偿途径
        4.4.7 低钾胁迫下mi R160a、mi R396c和 mi R169h调节植物光合作用
第五章 低钾胁迫下大麦钾吸收和转运相关性状的GWAS分析
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 大麦材料
        5.2.2 水培试验
        5.2.3 低钾胁迫处理与取样
        5.2.4 生物量和元素含量测定
        5.2.5 群体结构和全基因组关联分析
        5.2.6 候选基因的鉴定
        5.2.7 数据分析
    5.3 结果与分析
        5.3.1 大麦群体生长表现
        5.3.2 低钾胁迫下大麦钾离子浓度的基因型差异
        5.3.3 低钾胁迫下大麦全钾含量、钾吸收率和转运率的基因型差异
        5.3.4 低钾胁迫下大麦钾吸收效率和转运效率的全基因组关联分析
        5.3.5 低钾胁迫下大麦钾相关性状的全基因组关联分析和单倍型分析
    5.4 讨论
        5.4.1 西藏野生大麦具有适应低钾的KUR优良等位基因
        5.4.2 定位到一些控制 KUR 和 KTR 的 QTLs
        5.4.3 钾通道蛋白和钾转运蛋白有利于 KUR 响应低钾胁迫
        5.4.4 乙烯生物合成过程在KUR中的作用
第六章 全文总结与展望
参考文献
附录
作者简介



本文编号：3851769