新疆杨基因组及其lncRNA响应盐胁迫的研究

发布时间：2020-07-27 14:21

【摘要】：杨树是全球人工栽培最广泛的树种之一,有非常重要的生态价值和社会经济意义。新疆杨是银白杨的一个变种。新疆杨具有生长迅速、适应性强、扦插繁殖容易等特点,是我国北方地区大规模栽培的优良杨树树种,具有极其重要的应用价值。本文解析了新疆杨的基因组,优化了新疆杨遗传转化体系,实现了新疆杨叶片的瞬时表达分析,及基因敲除;并对新疆杨lncRNA在盐胁迫中的时空表达模式进行了分析。研究结果对深入研究杨树的进化以及培育新品种奠定了基础。优化了新疆杨的遗传转化体系。结合其它杨树的遗传转化体系,我们优化了新疆杨的遗传转化体系,其遗传转化效率平均能达到23.6%;从愈伤诱导到生根的转化时间在80天左右。新疆杨叶片瞬时表达实验结果显示,以新疆杨的叶片进行瞬时表达,能够准确体现杨树等树木功能基因的亚细胞定位。此外,我们在新疆杨中构建了CRISPR/Cas9介导的基因敲除体系,达到89%的敲除效率。因此,以新疆杨为材料构建的遗传转化体系为林木植物遗传转化、基因功能以及表达调控研究提供了重要基础。完成了新疆杨基因组的测序。利用二代和三代测序技术,通过混合组装的方法,对新疆杨基因组进行组装,得到一个460Mb大小的新疆杨基因组序列。基因组的scaffold N50达到459kb,重复序列的比例为44.61%。基因预测分析在新疆杨中共预测了37,901个蛋白编码基因。比较基因组学分析结果显示,新疆杨和毛果杨的祖先经历了共同的全基因组加倍,和毛果杨在基因组上具有广泛的同源性。同时,新疆杨基因组中,生长素以及细胞分裂素合成和运输相关的基因家族发生了显著的扩张,尤其是组蛋白HFO3基因家族的扩张,可能和新疆杨较高的遗传转化效率相关;而与杨树抗病相关的NBS类抗病基因家族,在新疆杨基因组中发生了显著的基因收缩,推测可能和新疆杨对多种病原菌的敏感性有关。新疆杨基因组的测序将更有利于林木的分子生物学研究、育种以及不同杨树之间的比较基因组学分析。开展了新疆杨长链非编码RNA(lncRNA)分析。通过链特异性转录组的测序,我们在新疆杨中共鉴定了10,531个lncRNA。研究结果显示lncRNA在表达上具有较高的组织特异性。这些组织特异表达的lncRNA参与了植物的生长调节和环境的响应等过程。在盐胁迫下,约60%的lncRNA发生了差异表达。我们系统分析了新疆杨lncRNA在不同组织以及不同盐浓度胁迫下表达模式,发现:1)差异表达的lncRNA具有更高的组织特异性,仅有80个lncRNA在四个组织中都差异表达;2)lncRNA主要是在高浓度的盐胁迫下发生了差异表达;3)不同组织中的lncRNA调控不同的靶基因,参与不同的功能,而且对盐胁迫的响应程度也有很大差异。同时发现lncRNA能调控很多抗盐基因,如:和离子运输相关的HKT1和NHX基因,而且具有很高的组织特异性。这些lncRNA在盐胁迫下的表达模式,为理解木本植物响应盐胁迫的分子机制以及培育新抗盐耐旱林木品种奠定了一定基础。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S792.11

【参考文献】