柳枝稷bZIP转录因子家族鉴定分析及播期温度对幼苗生长发育的影响

发布时间：2020-11-18 13:30

　　 柳枝稷是多年生暖季型牧草,因其高生物量和可持续生产能力,被认为是一种理想的模式能源植物之一。我国耕地面积有限,为了不与粮争地,柳枝稷经常被种植在贫瘠的边际土地上,严重影响其生长发育与生物量积累。bZIP转录因子在许多生物和非生物胁迫的响应中起关键作用,对柳枝稷进行全基因组分析并挖掘抗逆性相关的bZIP基因具有重要意义。柳枝稷种子细小,幼苗建植困难,是其推广应用的限制因素之一。因此,本试验通过对柳枝稷bZIP转录因子家族进行全基因组鉴定和分析,挖掘大量与和生长发育及胁迫相关的基因;同时对bZIP家族中抗逆性相关的PvbZIP8基因进行克隆和表达分析,初步确定了该基因的生物学功能。通过测定三个柳枝稷品系多个农艺性状和生理指标,初步确定柳枝稷在陕西关中地区及同纬度下适宜的播种日期和温度条件。主要研究结果如下:1、对柳枝稷bZIP转录因子家族进行了鉴定和分析本研究鉴定和分析了178个PvbZIP基因,这些基因不均匀分布在18条染色体上。进化分析表明,柳枝稷PvbZIP分为10个亚家族;基因结构和保守基序分析表明,同一亚家族成员具有相似的内含子-外显子模型和结构域组成。系统发育分析和共线性分析鉴定了70个水稻bZIP基因和111个柳枝稷bZIP基因具有直系同源关系。在组织特异性表达分析和参与应激反应基因表达图谱中发现,柳枝稷PvbZIPs在不同组织或发育阶段具有不同的表达模式;在热胁迫下16个基因显著下调,5个基因显著上调。通过qRT-PCR发现,9个PvbZIP基因在干旱、盐、高温和低温等非生物胁迫下表达水平发生显著变化。在全基因组水平上鉴定和分析了178个PvbZIP成员。2、克隆获得了柳枝稷PvbZIP8基因并对其进行了表达分析克隆了PvbZIP8基因,其开放阅读框长度为468bp,编码155个氨基酸,分子式为C_(761)H_(1248)N_(24)O_(23)S_8,分子量为17.81kDa,为亲水性蛋白。系统进化分析表明该蛋白与哈氏黍、谷子和糜子相似性较高,并且具有典型的bZIP保守结构域,属于bZIP转录因子家族成员。定量PCR结果显示,PvbZIP8基因在盐、干旱、高温和低温胁迫下上调表达,在柳枝稷抗逆过程中发生作用。组织特异性表达分析表明,PvbZIP8在多个组织或器官均有表达,其中在根、茎、叶中表达量较高。3、研究了在陕西关中地区不同播期和温度对柳枝稷幼苗生长发育的影响在6组播期试验中,陕西关中地区2017年5月24日种植的柳枝稷出苗率最高,出苗后30天,5月24日播种的柳枝稷株高显著高于其它组,5月10日播种的柳枝稷干重值最大,根冠比值随着播期的延后有逐渐递减的趋势,5月24日播种的柳枝稷叶绿素含量最大,3月25日播种的柳枝稷根系活力值最高;出苗后60天的取材中,4月24日播种的柳枝稷株高值和干重值分别达到最大,根冠比值随着播期的延后有逐渐上升的趋势,4月24日种植的柳枝稷叶绿素含量值增大较为明显,3月25日、4月10日和4月24日种植的柳枝稷的根系活力值显著高于5月10日、5月24日和6月11日;在4组温度的试验中,出苗率随着温度的升高有逐渐上升的趋势,25℃处理下的株高和干重大致呈现出较大值,根冠比值和根系活力值随着温度的升高有逐渐下降的趋势,叶绿素含量没有明显差异。综合分析,柳枝稷在25℃下的生长发育更加良好,4月24日前后是柳枝稷在陕西关中地区较为适宜的播种日期。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S578
【部分图文】：

15图 2-2 通过柳枝稷 178 个 bZIP 蛋白、拟南芥 73 个 bZIP 蛋白和水稻 89 个 bZIP 蛋白构建系统进化树（1000 bootstrap）。所有 bZIP 蛋白质分为 10 个亚家族（A，B，C，D，E，F，G，H，I，S）。Fig. 2-2 Atotal of 178 bZIPs from switchgrass , 73 bZIPs fromArabidopsis and 89 bZIPs fromrice were used to construct the NJ tree with 1000 bootstrap. All of the bZIP proteins are grouped into 10subgroups (A,B,C,D,E,F,G,H,I,S).另外，柳枝稷中 178 个 bZIP 基因通过多重比对构建另外一个系统进化树。与柳枝稷、拟南芥和水稻的进化树相似之处是这 178 条 bZIP 基因也被分为 10 个亚家族，命名为 A 到 I 和 S。其中 D 亚组包含最多数量的 bZIP 基因，其次是 A 组和 S 组；H亚组中的 bZIP 基因最少。结果表明，柳枝稷 bZIP 家族中不同的亚家族可能具有不同的基因功能。

最多的染色体出现在9N上，共有18个bZIP基因；染色体7K和7N上分别有3个和2个bZIP基因（图2-3）。基因家族中串联重复和阶段性复制事件在基因表达和功能分化上发挥重要的作用。如图2-4所示，一些在同一染色体上分布很近的PvbZIP基因对具有相似的基因结构和很近的进化关系。例如，染色体9K中串联重复的PvbZIP147 / PvbZIP153和染色体9N中的PvbZIP163 / PvbZIP171。将基因组中的重复区段与所有PvbZIP基因的染色体位置进行比较，超过120个PvbZIP基因对如位于不同染色体的PvbZIP3 / PvbZIP15，PvbZIP88 / PvbZIP95和PvbZIP152 / PvbZIP169被发现是节段性重复。总的来说，PvbZIP基因的扩增可能与节段和串联基因重复有关，进一步来说，大多数PvbZIPs来源于节段性重复而非串联重复。一般来说，ka / ks> 1 表示歧化选择

水稻是单子叶植物中研究最广泛的植物之一，并且有一些基因已经进行功能注释分析，因此通过柳枝稷和水稻中bZIP蛋白进行共线性分析有助于同源比较。总共有70个水稻基因和111个柳枝稷基因鉴定为直系同源关系（图2-5）。其中，有一个水稻基因对应多个柳枝稷基因或者一个柳枝稷基因对应多个水稻基因，比如：
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨淞惠;黄萍;杨冉;祁珊珊;李欣欣;杜道林;;能源植物柳枝稷抗逆性研究进展[J];湖北农业科学;2014年19期

2 高娅妮;刘倩;柳旭;王佺珍;;柳枝稷对镉、铅及其交互污染的耐性与累积效应[J];家畜生态学报;2019年02期

3 马甲强;袁庆华;王瑜;苗丽宏;;一种由麦根腐平脐蠕孢(Bipolaris sorokiniana)引起的柳枝稷叶斑病[J];植物病理学报;2016年04期

4 孙元元;钱莉莉;刘斯佳;杜娟;黄艳华;路海博;张蕴薇;;5个品种柳枝稷愈伤组织的生长特点研究[J];安徽农业科学;2014年13期

5 刘吉利;刘晓侠;周世虎;刘晓刚;吴娜;杨亚亚;程彦弟;俞超凡;;柳枝稷种植年限对土壤盐分离子的影响[J];干旱地区农业研究;2017年05期

6 黄瑾;高志娟;丁文利;安勤勤;王智;徐炳成;;能源牧草柳枝稷栽培管理研究进展[J];中国畜牧兽医文摘;2018年05期

7 曹慧颖;张立军;阮燕晔;张敖;董小妹;张馨悦;;能源植物柳枝稷基因工程研究进展[J];草业科学;2019年02期

8 谢正苗;牧草柳枝稷种子破休眠技术的研究[J];种子;1996年03期

9 刘吉利;常雯雯;张永乾;吴娜;;盐碱地不同柳枝稷品种的生理特性[J];草业科学;2018年11期

10 胡冰钰;方志刚;娄来清;蔡庆生;;14份柳枝稷种质资源苗期耐镉性综合评价[J];草业学报;2019年01期

相关博士学位论文 前10条

1 郑爱泉;柳枝稷分蘖形成的分子机理及PvMAX2基因和TCP基因家族的鉴定分析[D];西北农林科技大学;2019年

2 徐开杰;柳枝稷分蘖突变体的创制和分蘖基因克隆及其功能验证[D];西北农林科技大学;2014年

3 黄艳华;褪黑素和液泡膜Na~+(K~+)/H~+逆向转运蛋白调控柳枝稷耐盐机制研究[D];中国农业大学;2018年

4 孙红;丛枝菌根真菌对Cd胁迫下柳枝稷生长和能源品质的影响及机理研究[D];中国农业大学;2018年

5 常丹;低地型柳枝稷分蘖相关性状的表型评价与QTL定位分析[D];四川农业大学;2016年

6 高志娟;水氮供应对柳枝稷和白羊草生长及种间关系的影响[D];西北农林科技大学;2017年

7 高凤芹;柳枝稷发酵产甲烷过程中纤维素降解机制及微生物多样性变化[D];中国农业大学;2015年

8 吴春会;微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制[D];中国农业大学;2015年

9 李继伟;栽培管理措施和环境胁迫对柳枝稷生长特性和生物质品质的影响[D];内蒙古农业大学;2011年

10 Raisibe Lucy Molatudi;内蒙半干旱地区柳枝稷和能源高粱对土壤主要理化性质的影响[D];中国农业大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 王伟伟;柳枝稷bZIP转录因子家族鉴定分析及播期温度对幼苗生长发育的影响[D];西北农林科技大学;2019年

2 赵晓晓;柳枝稷幼穗分化分期与TIFY基因家族鉴定[D];西北农林科技大学;2019年

3 张永乾;宁夏银北地区盐碱地柳枝稷适应性研究[D];宁夏大学;2018年

4 高娅妮;柳枝稷对盐碱地区镉、铅单因素污染及交互污染土壤修复潜力的研究[D];西北农林科技大学;2018年

5 严海东;柳枝稷内参基因筛选及NAC、HSP20基因家族挖掘与表达分析[D];四川农业大学;2017年

6 程亭亭;柳枝稷分蘖调控基因PvMAX2的功能研究[D];西北农林科技大学;2018年

7 辛奇;柳枝稷与黄土区典型草本植物的互馈作用研究[D];西北农林科技大学;2017年

8 杨国玉;柳枝稷苗期慢发育生理生化机制的初步研究[D];西北农林科技大学;2016年

9 蔡雨;能源作物柳枝稷对水肥盐的响应研究[D];宁夏大学;2017年

10 刘长浩;柳枝稷的耐镉性及其对镉的形态生理响应[D];南京农业大学;2016年

本文编号：2888771