不同甘蔗品种抗旱性的生理和分子机制

发布时间：2020-10-25 19:42

　　 甘蔗是重要的糖料作物,目前中国甘蔗生产的土地条件差,旱地甘蔗占了主要的生产面积,干旱缺水极大影响了中国甘蔗的生产以及制约了制糖业的持续合理发展。对甘蔗抗旱生理生化特性及分子机制进行深入的研究,对于选育抗旱性强的甘蔗品种以及旱地甘蔗抗旱栽培技术的研发都有重要的意义。本研究采用桶栽方式,对抗旱性有差异的F 172(抗旱性较强)和YL6(不抗旱)两个甘蔗品种,在苗期及伸长期分别进行不同程度的干旱胁迫及复水处理,探讨了不同甘蔗品种抗旱性与各生理指标间的关系,同时运用蛋白质组学技术对这两个甘蔗品种在重度干旱胁迫下其叶片蛋白质的表达情况进行了分析比较,根据差异表达蛋白成功克隆了四个抗旱相关基因并进行了表达分析。获得如下主要的结果:1.抗旱性较强的甘蔗品种F 172在干旱胁迫条件下叶片中氧自由基清除酶系中的非可溶性蛋白(ISP)、可溶性糖(SS)、过氧化物酶(POD)和抗氧化保护酶过氧化氢酶(CAT)活性及超氧化物歧化酶(SOD)含量显著提高;与不抗旱甘蔗品种YL 6相比,丙二醛(MDA)、非可溶性糖(ISS)含量相对比较稳定;而不抗旱甘蔗品种YL6在干旱胁迫条件叶片中氧自由基清除酶反应较迟钝,MDA和ISS含量上升幅度相对较大,而可溶性蛋白(SP)、ISP含量下降。这些生理生化特性的差异表明了抗旱性不同的甘蔗品种在不同的生长阶段,抵御干旱胁迫过程中存在着差异。2.利用双向电泳技术,研究了重度干旱胁迫下F 172和YL6两个甘蔗品种苗期叶片蛋白质的差异表达情况。结果表明:经PDQuest软件对蛋白质2-DE图谱进行分析,分别找出了差异显著的蛋白点28、20个,这些蛋白有的呈现上调表达,有的呈现下调表达,还有部分是新增的蛋白点,这些蛋白点在两个甘蔗品种中表达各异。可见重度干旱胁迫时,抗旱性不同的这两个甘蔗品种的蛋白丰度变化存在显著差异。3.通过质谱技术,研究了两个甘蔗品种的48个差异表达蛋白质点,并进行质谱鉴定和生物信息学分析,成功从YL 6中鉴定出了18个蛋白点,从F 172中鉴定出了14个。根据功能分类,这些蛋白可分为8类。其中对于YL 6甘蔗品种,参与自由基清除的有2个,参与细胞生长和分裂的有1个,参与光合作用的有6个,参与基础代谢(包括能量代谢、碳代谢、氮代谢、次生代谢、糖代谢以及RNA加工等)的有6个,参与防卫反应的2个,未知功能蛋白1个。F172中参与自由基清除的1个,参与光合作用的2个,参与细胞生长和分裂的2个,参与基础代谢(包括糖代谢、能量代谢、氮代谢、次生代谢、碳代谢以及RNA加工等)的4个,参与信号转导的2个,参与蛋白加工的1个,未知功能蛋白2个。可见抗旱性不同的两个甘蔗品种在干旱胁迫下差异表达的蛋白类型差异较大,甘蔗应答干旱胁迫的机制是十分复杂的,它是一个从多水平、多系统来综合调控的过程。4.利用RACE和同源克隆技术,克隆获得了甘蔗谷氨酰胺合成酶基因(SoGS1)、甘蔗磷酸丙糖异构酶基因(SoTPI)、甘蔗20 S蛋白酶体α亚基基因(SoPAA)和甘蔗果糖1,6-二磷酸醛缩酶基因(SoFBA)四个基因的cDNA全长,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析了它们在轻度干旱,中度干旱,重度干旱,复水后1d和复水后3d表达量的变化情况。SoGS1在不同抗旱性品种中其表达特性不一,在抗旱性较强的甘蔗品种F 172中随着干旱时间的增加,其相对表达量不断增加,复水后其相对表达量仍维持在较高水平,而抗旱性较弱的YL 6在干旱胁迫时其相对表达量表现出先升高后降低的变化特点,表达高峰出现在复水后3d时;水分胁迫处理时抗旱性强的甘蔗品种F 172与抗旱性弱的甘蔗品种YL 6的SoTPI的相对表达量变化趋势相仿,但F 172在复水1 d时迅速出现表达高峰,而YL 6则在复水3 d出现表达高峰;F 172在水分胁迫时SoPAA相对表达量呈现出缓慢上升的趋势,在复水1 d时其相对表达量达到最高,为对照的20倍左右,而YL 6号在水分胁迫时相对表达量呈现出缓慢下降的趋势,在复水3d时其相对表达量达到最高;两个甘蔗品种在复水后SoFBA基因的相对表达量均出现大幅度的升高,可见SoFBA在甘蔗响应水分胁迫的过程中发挥了重要的作用。这些基因都对甘蔗水分胁迫有相应的应答反应,这些基因的功能各异,在参与水分胁迫过程中具有不同的防御途径。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S566.1
【部分图文】：

ｄｒｏｕｇｈｔ?ａｎｄ?ｒｅ－ｗａｔｅｒｉｎｇ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ??２．２．３干旱胁迫及复水对不同时期甘蔗叶片ＣＡＴ活性的影响??由图２－３可见，对于甘蔗品种Ｆ?１７２，在苗期，千旱胁迫及复水处理均促进了叶??片ＣＡＴ活性的显著提高，与ＣＫ比较达到显著差异，但其他不同处理的之间均无显??著差异；在伸长期，ＣＡＴ活性随着不同处理的增强而不断降低，干旱胁迫Ｔｌ、Ｔ２、??Ｔ３处理均无显著差异，复水Ｔ４处理无显著差异，复

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔａｇｅｓ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒｏｕｇｈｔ?ａｎｄ?ｒｅ－ｗａｔｅｒｉｎｇ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ??２．２．５干旱胁迫及复水对不同时期甘蔗叶片ＳＰ含量的影响??由图２－５可见，对于甘蔗品种Ｆ?１７２，在苗期，叶片ＳＰ含量随着不同干旱胁迫而??表现降低，Ｔｌ、Ｔ２处理差异显著，ＳＰ含量值在复水处理下均表现出降低的趋势，与??ＣＫ比较达到显著差异；在伸长期，ＳＰ含量值随着不同处理的变化呈先上升后降低的??变化，干旱胁迫Ｔｌ、Ｔ２处理均有显著降低ＳＰ含量的作用，以Ｔ３处理的最高，但差??异不显著

?伸长期Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ?ｓｔａｇｅ??处理时期Ｔｒｅａｔｉｎｇ?ｓｔａｇｅｓ??图２－６干旱胁迫及复水对不同时期不同甘蔗品种叶片非可溶性蛋白（ＩＳＰ）含量的影响??Ｆｉｇ．?２－６?Ｔｈｅ?ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ?ｐｒｏｔｅｉｎ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｉｎ?ｌｅａｖｅｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｕｇａｒｃａｎｅ?ｃｕｌｔｉｖａｒｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｓｔａｇｅｓ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒｏｕｇｈｔ?ａｎｄ?ｒｅ－ｗａｔｅｒｉｎｇ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ??２．２．７干旱胁迫及复水对不同时期甘蔗叶片ＳＳ含量的影响??由图２－７可见，对于甘蔗品种Ｆ?１７２，在苗期，叶片ＳＳ含量在不同干旱胁迫处理??均表现出不断提高、复水处理后不断地降低恢复到ＣＫ水平的趋势，Ｔ３处理显著提??高了?ＳＳ含量并达到最高，复水处理后恢复到ＣＫ水平；在伸长期，ＳＳ含量随着干旱??胁迫不同处理呈先上升后降低的变化，千旱胁迫Ｔ２处理有显著提高ＳＳ含量的作用，??之后降低恢复至ＣＫ水平，复水处理后显著的降低了?ＳＳ含量，并显著低于ＣＫ。综??合在苗期和伸长期的结果
【参考文献】

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本文编号：2855876