银杏对干旱、盐、高温胁迫的响应机理

发布时间：2020-04-30 06:15

【摘要】：逆境胁迫是限制植物生长发育的主要环境因素,包括干旱、盐和高温等逆境因子。植物通过细胞、生理生化和分子水平上的变化来响应逆境胁迫,做出相应的适应性调整,以适应不利环境。银杏(Ginkgo biloba L.)具有较强的环境适应和抵御逆境的能力,然而银杏响应相关逆境的机制却不清楚。本研究以银杏实生苗为研究对象,采用细胞学、生理学、分子生物学和生物信息学等技术对干旱、盐和高温胁迫下的植株展开研究,主要取得以下结果:(1)通过激光共聚焦显微镜观察发现,对照组银杏叶片的叶绿体规律性分布在细胞膜附近。而干旱、盐和高温胁迫下,叶绿体均表现出无规律的分散状分布。此外,气孔也发生了不同程度的闭合,其中高温胁迫下气孔闭合程度最为显著。(2)生理指标测定结果显示,干旱、盐和高温胁迫都造成了叶片中ABA含量、脯氨酸、H202含量和CAT活性显著上调,IAA含量显著下调。SOD活性在盐和高温下显著上升,但在干旱下变化不显著。可溶性糖含量在干旱和高温下呈显著增加,但在盐胁迫下变化不显著。此外,可溶性蛋白含量在高温下显著增加,但在干旱和盐胁迫下显著降低。(3)通过代谢组鉴定到银杏叶片大量的代谢产物,其中有机酸类数量62个,碳水化合物类44个,氨基酸8个,酚类7个,脂类6个,黄酮类5个。干旱胁迫下,异麦芽糖、草酰胺、苏氨酸、甘氨酸、甘油酸含量显著增加。盐胁迫下,甘油酸、羟基丁酸、白皮杉醇等含量显著上调。高温胁迫下,氨基丁酸、半乳糖酸等含量显著上调,而木糖、腐胺等含量显著下调。(4)在ABA合成通路中,干旱、盐和高温胁迫下,参与黄质素Xanthoxin合成的3个NCED基因Gb_41235,Gb_41230,Gb_04986上调表达,参与脱落酸酯Abscisate合成的AAO3基因Gb 05183在高温胁迫下略有上调,在干旱和盐胁迫下无显著差异。在ABA信号转导途径中,SnRK2基因在3种胁迫下也大多呈现上调表达的趋势。此外,编码ABF的基因Gb 11734,Gb_16168,Gb_16382,Gb_11735在高温胁迫下表现出显著上调趋势。(5)通过转录组与代谢组联合分析发现,戊糖磷酸途径(PPP)中G6PDH基因(Gb_26169、Gb_26174、Gb_41272)和6PGDH基因(Gb_19030、Gb_19037)的表达量在高温胁迫下均下调表达,参与5-磷酸核酮糖(D-Ribulose-5P)和核酮糖(Ribose)合成的基因Gb_19030、Gb_19037和Gb_17714也下调表达,且5-磷酸核酮糖和核酮糖的含量均显著下降;而在干旱和盐胁迫下,G6PDH基因和6PGDH基因的表达无显著差异,且参与核酮糖(Ribose)合成的基因Gb_17714上调表达。(6)对氨基酸代谢进行分析,在甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路中,参与甘氨酸合成的基因在3种胁迫处理下均呈现上调表达,包括Gb_01536、Gb_01539、Gb_37290、Gb_23485、Gb_06259和Gb_27241。而甘氨酸降解通路上的基因Gb_03208和Gb_35734下调表达,且甘氨酸和苏氨酸含量显著上升。在精氨酸和脯氨酸代谢通路中,高温胁迫下参与4-氨基丁酸合成的基因Gb 13947和Gb_16297上调表达,且腐胺含量显著降低,而4-氨基丁酸含量显著增加。(7)对转录因子进行分析,共鉴定到与逆境相关差异转录因子287个。其中NAC转录因子基因Gb_12203、Gb_7720、Gb_12202仅在干旱胁迫下上调表达,而在盐和高温胁迫中下调表达或无显著差异。GRAS转录因子基因Gb_22850仅在盐胁迫中显著上调表达,而GRAS转录因子Gb_39436在干旱,盐和高温胁迫中均显著上调表达。HSF转录因子中Gb_15358与HSFA1同源且仅在高温胁迫下显著上调表达。(8)小RNA组学分析发现,干旱胁迫下,生长素响应因子相关miR160a上调表达,对应靶基因Gb_25507(ARF18)的表达量下调表达。盐胁迫下,miR172a上调表达,其靶基因Gb_30123(APETALA2-like protein)下调表达。高温胁迫下,亮氨酸拉链蛋白相关miR166d和novel_20及其靶基因Gb_02083(HOX32)的表达呈现负向调节趋势。(9)对银杏抗性基因种类与功能进行分析,共有5大类抗性基因237个,主要包括43个α-bisabolene合成酶家族基因,35个银杏内酯生物合成相关基因,55个银杏类黄酮生物合成相关基因,75个NBS-LRR类抗病基因,29个富含亮氨酸重复序列(LRR)受体类似的丝氨酸/相关苏氨酸蛋白激酶FLS2(13个)和EFR受体蛋白(16个)基因。
【图文】：

银杏,高温处理,材料,高温胁迫

ｍｍ＞＜７５０邋ｍｍ）中。逡逑２．２胁迫处理实验设计逡逑选取生长健壮，大小均一的２年生银杏实生小苗进行实验（图２－１Ａ）。将所有的银杏小逡逑苗平均分成４组，每组５盆，每组至少包含１５株长势一致的小苗（图２－１邋Ｂ－Ｅ）。其中一组逡逑作为对照组，其余的三组分别作为实验组进行干旱、盐和高温胁迫处理。根据前人的文献逡逑和我们的预备试验，我们选择了多种浓度的聚乙二醇（ＰＥＧ６０００）模拟干旱胁迫，多种浓度的逡逑ＮａＣｌ溶液模拟盐胁迫，多种温度升高处理模拟高温胁迫。但考虑到后期转录组测序、代谢逡逑组等指标测定成本较高，最终我们选择了对银杏植株有显著影响，且在植物逆境胁迫中常逡逑用的ＰＥＧ６０００和ＮａＣｌ浓度、高温温度和处理时间。逡逑干旱胁迫：使用浓度为２０邋％的聚乙二醇（ＰＥＧ６０００）浇灌和浸泡盆苗，处理２４邋ｈ；盐逡逑胁迫：使用浓度为２００邋＿ｏｌ／Ｌ的ＮａＣｌ溶液浇灌和浸泡盆苗，处理２４邋ｈ；高温胁迫：设逡逑置气候箱昼夜温度均为４０°Ｃ

银杏叶片,叠加场,明场,气孔

３．１干旱、盐和高温胁迫下银杏叶片的激光共聚焦显微镜观察逡逑通过对银杏叶片表面进行激光共聚焦显微镜观察，发现对照组的叶绿体均分布在每逡逑个细胞的外围（图３－１邋Ａ－Ｃ），且气孔无明显变化（图３－１邋Ｄ）。而在３种胁迫处理下，叶绿体逡逑无规律地散布于细胞中（图３－１邋Ｅ－Ｇ，Ｉ－Ｋ，Ｍ－０），气孔也发生不同程度的闭合（图３－１邋Ｈ，Ｌ，逡逑Ｐ），其中高温处理下气孔闭合程度最为显著（图３－１邋Ｐ）。逡逑■■■■逡逑、：．．：：：逡逑ＭＨＨＨ逡逑图３＿１干旱、盐和高温胁迫下银杏叶片表面形态的激光共聚焦显微镜观察逡逑（Ａ－Ｄ）对照组银杏叶片表面：（Ａ）荧光场，（Ｂ）明场，（Ｃ）叠加场，（Ｄ）气孔放大图；逡逑（Ｅ－Ｈ）干旱处理银杏叶片表面：（Ｅ）荧光场，（Ｆ）明场，（Ｇ）叠加场，（Ｈ）气孔放大图；逡逑（Ｉ－Ｌ）盐处理银杏叶片表面：（Ｉ）荧光场，（Ｊ）明场，，（Ｋ）叠加场，（Ｌ）气孔放大图；逡逑（Ｍ－Ｐ）高温处理银杏叶片表面：（Ｍ）荧光场，（Ｎ）明场，（０）叠加场，（Ｐ）气孔放大图。逡逑Ｆｉｇ邋３－１．邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ｌｅａｆ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｄｒｏｕｇｈｔ，邋ｓａｌｔ邋ａｎｄ邋ｈｅａｔ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｂｙ邋ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ逡逑ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｆｏｃａｌ邋ｌａｓｅｒ邋ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ逡逑（Ａ－Ｄ）邋ｌｅａｆ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｉｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌ：邋（Ａ）邋Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ邋ｆｉｅｌｄ
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S792.95

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