不同非生物胁迫下节节麦种群遗传多样性及候选参考基因的筛选

发布时间：2020-10-13 18:04

　　 节节麦是一种危害严重的杂草并且与小麦具有较高的同源性。本研究通过微卫星标记和形态学特征评估了中国40个节节麦种群的遗传多样性。节节麦干重和株高均显示,节节麦不同种群之间具有较高的变异(15.8%)。利用8个引物确定了27个等位基因,每个基因座的平均等位基因为3.37。最大多态信息含量(PIC)为0.55,平均值为0.20。最大等位基因频率为1,平均为0.80。聚类分析将节节麦的分为不同组,基因多样性值为0-0.63,表明这些种群间的遗传差异明显,这将为小麦育种提供重要的遗传信息。节节麦具有在盐渍土壤等边缘地区生长的潜能,并与小麦竞争。本研究利用生理特性:植株高度(cm)、地上部分干重(g)、叶片中Na~+和K~+浓度以及微卫星标记,探讨了节节麦种群的遗传多样性和耐盐性。结果显示,在盐胁迫显著影响种群的生理特性,一些种群在盐胁迫下保持较低的钠离子浓度;钠离子浓度和盐胁迫呈现出负相关;盐胁迫相关分子标记显示出了多态性,聚类分析结果把40个种群分为多个不同组,表明了种群间存在多样性;在不同的盐度胁迫下,AeHKT1;4和AeNHXI的表达水平和钠离子浓度可用来建立模型来阐述节节麦中钠离子的转运。结果表明,盐胁迫处理(50和200 mm)时,AeHKT1;4和AeNHXI的表达水平显著升高,而在对照条件下,AeHKT1;4在根中能表达,AeNHXI在叶片中能够表达。与对照条件相比,在根中,AeHKT1;4的表达水平在50 mm盐度胁迫下和在200 mm盐度胁迫下分别显著增加1.7倍和4.7倍。AeNHXI在50 mm盐度胁迫下和200 mm盐度胁迫下在根中的表达水平分别是对照组的1.6倍和4.6倍。结果表明,在盐度胁迫条件下,AeHKT1:4和AeNHX1通过调节节节麦中钠离子转运协同调节钠离子稳态。在盐胁迫条件下,AeNHXI将钠离子隔离成液泡,控制钠离子从根向叶的迁移。盐胁迫处理诱导了AeHKT1;4的相对表达水平,过量的钠离子从木质部卸载到木质部薄壁细胞。干旱胁迫影响作物的生长和发育。本研究检测了不同田间持水量对中国节节麦(Aegilops tauschii Coss.)种群生物量分配和叶绿素荧光的影响。中国节节麦的干生物量、株高、叶面积(LA)、叶面积比(LAR)、比叶面积(SLA)、根冠比(RSR)在不同的田间持水量水平下波动,随干旱胁迫水平的增加而降低。数据调查发现,在70-80%田间持水量的水平下,节节麦的干生物量和株高为最大,分别为1.71g和15.6cm;在10-20%田间持水量的水平下,节节麦的干生物量为最小,分别为0.70g和12.7cm。在50-60%的田间持水量水平下,根部组织与地上组织的比值最大(0.72g),在10-20%的田间持水量水平下,根部组织与地上组织的比值最小(0.60g)。同样,在LAR和SLA中,最大值(111.67 cm、175.45 cm和433.59 g)出现在70-80%的田间持水量水平,最小值(68.78 g、42.02 g和86.32 g)出现在10-20%的田间持水量水平。干旱胁迫也会影响光适应状态下的最大荧光(Fm),并对PSII的最大量子产量产生影响。同样,qP(光化学猝灭)和qN(非光化学猝灭)的值也具有相似的趋势。实时定量聚合酶链反应(qRT-PCR)是一种灵敏、可靠的筛选候选内参基因的技术。目前,关于节节麦内参基因筛选和验证的方面的研究较少。本研究的目的是在不同的非生物胁迫(盐、干旱、温度)和发育阶段下评价节节麦参考基因表达的稳定性。结果表明,UBC36和HSP分别是对照和盐胁迫下最稳定的基因。UBC36在干旱胁迫和热应激条件下最稳定。硫氧还蛋白YLS在冷应激条件下更稳定。PP2A和ETIF3分别是节节麦幼苗和其他发育阶段最稳定的内参基因。在节节麦非生物胁迫和发育阶段,CAC是最稳定的内参基因。此外,在不同盐度和干旱胁迫条件下,NHXI和DRP1的相对表达水平随最稳定(HSP和UBC36)和最不稳定(YLS和ACT)内参基因的变化而变化。本研究为节节麦在相关非生物胁迫条件下的耐受机制研究在参考基因方面提供参考。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S451
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
Abbreviations
CHAPTER 1 Literature Review
    1.1 Aegilops tauschii Coss
    1.2 Phylogenetic relationships between Triticum and Aegilops tauschii
    1.3 Aegilops tauschii and genetic diversity
    1.4 Aegilops tauschii and abiotic stresses
    1.5 Aegilops tauschii and salinity stress
    1.6 Aegilops tauschii, drought stress and chlorophyll fluorescence
    1.7 Aegilops tuaschii and candidate references genes
    1.8 Objectives of study
CHAPTER 2 Genetic diversity Aegilops tauschii Coss populations from China by usingSSR markers and morphological traits
    2.1 Introduction
    2.2 Material and methods
        2.2.1 Statistical analysis
    2.3 Results
    2.4 Discussions
CHAPTER 3 Microsatellite-based genetic diversity and synergistic modulation of salinitytolerance genes in Aegilops tauschii Coss
    3.1 Introduction
    3.2 Material and Methods
        3.2.1 Molecular Marker
        3.2.2.RNA extraction
        3.2.3 q PCR analysis
        3.2.4 Data analysis
    3.3 Results
        3.3.1 Physiological traits
        3.3.2 Molecular markers
        3.3.3 HKT1;4 and NHX1 expression leaves and roots
        3.3.4 Expression patterns of HKT1;4 in roots
        3.3.5 Expression patterns of NHX1 in Leaves
    3.4 Discussion
        3.4.1 Perspective about salinity tolerance and genetic diversity
        3.4.2 Role and expression pattern of salinity tolerance genes
        3.4.3 Synergistic model of salinity tolerance
CHAPTER 4 Effect of Drought Stress on Chlorophyll, Fluorescence, and Biomassportioning of Aegilops tauschii Coss
    4.1 Introduction
    4.2 Material and methods
        4.2.1 Plant materials, growth conditions, and stress treatments
        4.2.2 Chlorophyll fluorescence
        4.2.3 Growth parameters
        4.2.4 Statistical analysis
    4.3 Results
        4.3.1 Effect of different field capacity level on growth parameters
        4.3.2 Effect of different field capacity level on photosynthetic activity
    4.4 Discussion
CHAPTER 5 Selection of suitable reference genes for gene expression studies
    5.1 Introduction
    5.2 Materials and Methods
        5.2.1 Plant materials and treatments
        5.2.2 RNA extraction c DNA synthesis
        5.2.3 Selection of reference genes and primer design
        5.2.4 q PCR analysis
        5.2.5 Data analysis
        5.2.6 Expression levels of NHXI and DRP1 and validation of reference gene
    5.3 Results
        5.3.1 Primer selection and q RT-PCR efficiency
        5.3.2 Expression profile of reference genes
        5.3.3 Genorm analysis
        5.3.4 Normfinder analysis
        5.3.5 Bestkeeper analysis
        5.3.6 Refinder analysis
        5.3.7 Validation of the most and least stable genes
    5.4 Discussion
CHAPTER 6 General Discussion
CHAPTER 7 Conclusion
References
Acknowledgments
Author Biography

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本文编号：2839512