马尾松短枝腋芽休眠解除的发育进程及转录组学分析

发布时间：2020-07-07 22:02

【摘要】：植物腋芽从休眠解除到生长成分枝,是植物规避顶芽丧失等伤害的一种重要保护机制,也是植物整个生命周期中适应环境的重要方面。在马尾松(Pinus massoniana)一年生枝上着生的短枝(针叶束)内有一枚处于休眠状态的肉质状腋芽,经长枝截顶处理后会休眠解除并进一步发育为长枝。本研究以马尾松一年生长枝上的短枝腋芽为研究对象,进行截顶处理并定期取样,系统观测短枝腋芽解除休眠后外部形态及内部组织发育,在此基础上结合三代全长转录组及二代高通量测序技术,对马尾松短枝腋芽发育过程中的关键时期进行了转录组学分析,解析短枝腋芽休眠解除及发育过程中的分子调控机制。研究结果如下:1、研究发现在马尾松1a生枝上着生着一枚直径约为针叶宽度的1/5,并具有完整的分生组织的肉质状腋芽,保持生长停滞的休眠状态;通过体式显微镜拍照结合石蜡切片制作的方法对马尾松腋芽发育进程进行形态结构变化研究。结果表面经截顶处理后,腋芽的休眠解除,分生组织分生特性被激活,腋芽开始进行生长发育。经12d后分化出新的鳞叶;在24d时鳞叶已呈非肉质状,包裹的饱满的腋芽,并在腋芽下部鳞叶的叶腋处分化出针叶原基;第32d左右,腋芽已发育完全,然后开始抽梢,与长枝顶芽的发育相似。2、基于PacBio Sequel平台的三代全长转录组测序技术,并结合生物学信息分析的方法。本研究共获得了参与马尾松短枝腋芽发育过程的83671个全长mRNA(Unigene)序列,有81103个Unigene序列成功注释,注释率高达96.93%。在NR数据库中成功注释到77656条Unigene,注释率为92.71%,被注释到系统进化关系最紧密的是云杉属。GO数据库注释结果表明大部分Unigene参与代谢过程、细胞结构与蛋白结合、催化活性等生物学过程。KEGG分类中,多数Unigene参与细胞过程、信号转导、碳水化合物代谢等通路。3、基于高通量转录组测序数据,结合全长转录组测序结果进行比对分析的方法。RNA-seq分析结果表明,截顶处理前及处理后4d有398个基因差异表达,GO富集结果发现这些基因产物多数参与单一有机体以及氧化还原过程,KEGG富集结果显示这些基因多涉及类黄酮生物合成、萜类生物合成、昼夜节律等途径,一些类黄酮生物合成的关键基因如CHS、C4H等被注释到,同时注释到赤霉素合成关键基因GA1等促进植物生长发育的基因;推测这些基因可能的差异表达可能与腋芽休眠解除机制和生长发育调控网络有着密切联系。截顶处理4d后与处理20d后有444个基因差异表达,GO富集结果发现这些基因产物多数参与生物调节以及细胞调节过程,KEGG富集结果显示这些基因多涉及植物激素信号转导、脂肪酸代谢以及精氨酸生物合成等途径的差异表达,特别是植物激素信号转导途径中的SAUR基因的差异表达,SAUR是生长素合成的关键基因,说明这些基因与腋芽内植物激素的合成相关,并促进腋芽的生长发芽发育。截顶处处理20d后与处理32d后有63个基因差异表达,GO富集结果发现这些基因产物多数参与运输以及定位过程,KEGG富集结果显示这些基因多涉及脂肪酸生物合成、其他类型的O-聚糖生物合成以及脂肪酸代谢等途径的差异表达,脂肪算合成的关键基因FATB被注释到,推测腋芽的发育已经具备了枝条的形态结构,并开始进行油脂的生物合成等过程。qRT-PCR的结果显示,随机挑选的Unigenes表达量与RNA-Seq所得表达谱变化规律相似,表明转录组数据分析结果可靠。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S791.248
【图文】：

11图 2-1 腋芽生长过程的外部形态Figure 2-1 External morphology of axillary bud growth注：图版中 A~J 分别为处理当天（0d）以及处理后 4d，8d，12d，16d，20d，24d，32d，40d和 48d 的腋芽外部形态。Ne:针叶 Needle；AB:腋芽 Axillarybuds；Ca. 鳞叶 Cataphyll。图中标尺分别为：图 A~E，500μm；图 F 和 G，1mm；图 H 和 J，2mm；图 I，5mm。20d 后，芽体继续膨大，可清晰观测到多层鳞叶，外部的鳞叶进一步增大，最外部的鳞叶仍呈肉质状，芽体较为松散（图 2-1F）；24d 后，芽体长度明显增大，外部鳞叶呈非肉质状，紧密包裹着芽体，形成饱满的腋芽（图 2-1G）；32d后，芽体更加饱满，长度显著增长，鳞叶数继续增加，最外层鳞叶基部已出现明显的膨大（图 2-1H）；40d 后，腋芽已开始抽梢并发育为幼枝，径向生长更快，并出现明显的主径，下部鳞叶的叶腋处已抽出被白色叶鞘包裹的针叶叶尖（图 2-1I）；48d 后，整个幼枝的鳞叶基部都可见被白色叶鞘包裹的针叶叶尖，针叶继续生长，芽体基部的针叶已突破叶鞘（图 2-1J）。

13图 2-2 腋芽解剖结构变化Figure 2-2 Changes in the anatomical structure of axillary buds中 A~H 分别为处理当天（0d）以及处理后 4d，8d，12d，16d，20d，2解剖图。CM. 中央母细胞区 Central meristem；PM. 周缘分生组织；RM. 肋状分生组织 Rib meristem；NP. 针叶原基 Needle primordia

贵州大学 2019 届硕士研究生学位论文表 3-1 转录本去冗余前后长度频数分布表Table 3-1 Distribution Table of Length and Frequency before and after Redundanof TranscriptsSample Transcriptslength interval<500bp 500-1kbp 1k-2kbp 2k-3kbp >Buds Number oftranscripts7372 35281 81603 62748 4Buds Number ofgenes1083 7688 24718 26449 2注:Sample：样本名；Transcriptslengthinterval：转录本长度间隔；<50小于 500bp 的数目；500-1kbp：在此区间长度的数目；1k-2kbp：在此区数目；2k-3kbp：在此区间长度的数目；> 3kbp：长度大于 3kbp 的数所有序列的数目。统计去冗余后基因的长度并做基因长度频数分布图，结果如图 3-

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本文编号：2745664