甘蓝型油菜抗寒资源筛选及抗寒性机理研究

发布时间：2020-07-27 15:59

【摘要】：低温是影响植物生长发育,限制作物生长范围的一个关键的非生物胁迫因素。油菜是我国重要的油料作物,在其生长发育过程中常常遭受低温胁迫。低温胁迫最为有效的解决方法就是对现有品种的抗寒性进行遗传改良,但抗寒育种的首要条件是获得有用的种质资源。本研究通过建立一个甘蓝型油菜的抗寒性鉴定方法,获得了一批抗寒性差异显著的极端材料;通过对两个极端材料在低温胁迫前后的各项生理指标进行测定,解析甘蓝型油菜响应低温的生理调控机制;利用Illumina Hi-Seq4000高通量测序平台,在转录组水平分析不同抗寒能力油菜品种响应低温胁迫的分子机制。主要研究结果如下:(1)建立了高效的甘蓝型油菜抗寒性鉴定方法。将生长3叶期到4叶期的油菜幼苗4℃预处理进行低温锻炼,-2℃、-2℃+-4℃、-2℃+-4℃+-6℃冷冻处理后进行存活率统计及抗寒指数的计算。通过该抗寒性鉴定方法对来自国内外228份油菜资源进行抗寒性评价,结果表明:-2℃、-2℃+-4℃和-2℃+-4℃+-6℃冷冻处理条件下,不同材料间存活率分别为0-100%、0-80%、0-70%,抗寒指数为0-52;筛选出8份强抗寒性的种质资源,抗寒指数达到33-52。(2)低温胁迫下,与低温敏感材料C20相比,抗低温材料1801在激素水平、抗氧化物酶活性、渗透调节方面及基因转录水平上具有更强的调控作用。在-2℃和-4℃低温条件下,C20幼苗存活率分别为0%和0%,1801幼苗存活率分别为100%和75%。低温胁迫条件下,1801幼苗中脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的积累量和抗氧化酶酶活性的积累量均大于C20;1801幼苗脱落酸和赤霉素的含量增加,C20幼苗脱落酸含量增加,赤霉素的含量无显著变化。4℃条件下,与对照相比,C20和1801幼苗中过氧化氢和丙二醛的含量均增加,当温度持续下降至-2℃和-4℃时,1801幼苗中过氧化氢和丙二醛的含量持续下降。实时荧光定量PCR(qPCR)结果表明,低温胁迫下1801幼苗中抗寒标记基因COLD1,CBF4,COR6.6,COR15和COR25的表达量远高于C20。(3)低温胁迫下,与C20相比,1801在转录组水平上具有更强的调控作用。对2℃、0℃、-2℃和对照的22℃处理条件下的C20和1801的幼苗叶片进行转录组测序,结果表明1801在2℃、0℃、-2℃与22℃相比,分别得到6751、5338和6868个差异表达基因(DEG),C20在2℃、0℃、-2℃与22℃相比,分别得到5350、3639和3026个差异表达基因(DEG)。进一步生物信息学分析表明,肌醇代谢响应了甘蓝型油菜零下低温胁迫。低温胁迫下C20和1801植株体内肌醇含量的变化可能是导致二者抗寒能力差异的原因。通过内源肌醇含量的测定和外施肌醇试验验证,明确肌醇可以提高甘蓝型油菜的抗寒性。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4
【图文】：

蛋白折叠,膜脂质,华中农业大学,无序结构

华中农业大学 2019 届博士研究生学位（毕业）论文条件下AtCOR15蛋白可以折叠成两性亲水亲脂的α-螺旋而加强质膜的稳定性（图1）(Artus et al., 1996; Thalham研究表明COR15A蛋白折叠的状态和膜脂质的组成决用(Navarro-Retamal et al., 2018)，并且COR15A的保守甘A的无序结构很重要，而且对低温胁迫造成的失水时C要(Sowemimo et al., 2019)。

泛素化,突变体,低温敏感,苏氨酸蛋白激酶

化、磷酸化等。ICE1 可以被 E3 连接酶 HOSive gene 1)泛素化并通过 26S 蛋白酶体途径降于 Ring 类型，定位于细胞质，低温胁迫时转1，从而降低 CBF3 基因及 COR 基因的表达力显著下降(Dong et al., 2006)。SIZ1 基因编码失突变体中 CBF3 及 COR 基因的表达水平降失突变体表现低温敏感的表型。SIZ1 的作用OS1 对 ICE1 的泛素化降解(Miura et al., 2007)/苏氨酸蛋白激酶 OST1（OPEN STOMATA1）也活OST1的激酶活性上没有作用。低温能够激酸化 ICE1蛋白。同时OST1可与HOS1互作胁迫下 HOS1 介导的 ICE1 降解，加强 ICE1

频数分布,频数分布,油菜,阳光

华中农业大学 2019 届博士研究生学位（毕业）论文、敏感（CTI =0）。在甘蓝型油菜中有 8%的材料表现为抗寒，但仍有 3%的甘蓝型油菜表现为非常抗寒（图 5）为 21937×9508（12×26）F6、竹 3×7789 F6、Y114、2009，1801 及阳光 131。它们的抗寒指数分别为 51.4、48.14.4、43.5，21937×9508（12×26）F6 在-2℃、-4℃、-6℃ 100.0%、75.0%和 66.7%，阳光 2009 在-2℃、-4℃、-6 91.7%、66.7%和 50.0%，1801 在-2℃、-4℃、-6℃低温0.0%、75.0%和 50.0%，阳光 131 在-2℃、-4℃、-6℃低温%、66.7%和 45.8%，浙油 19 和阳光 131 在-6℃低温胁迫然-6℃SR<50%，但是它们的 CTI ≥33.3，因此仍认为它

【参考文献】