盐胁迫下苦苣菜的生理响应及转录组分析

发布时间：2020-05-27 14:16

【摘要】：土壤盐渍化是影响植物生长发育、产量及分布的最主要非生物因素,盐渍土的改良及开发是土地资源的高效利用和生态环境改善的重要结合。开发及筛选耐盐植物品种,了解其耐盐性及不同层次耐盐机制,促进耐盐品种在盐渍化土壤的种植,是一种改良及利用盐渍化土壤的经济可行的方法。本研究以苗期苦苣菜(Sonchus oleraceus L.)为实验材料,采用土培方法,NaCl浓度为0(CK)、66、133、200、250、300、400 mM,研究盐胁迫15d对苦苣菜生长的影响;采用蛭石中浇灌Hoagland营养液的基质培养方法,NaCl浓度为0(CK)、66、133、200、250、300 mM,研究盐胁迫1d、2d、3d苦苣菜叶片的生理变化特征。运用PacBio平台的三代测序技术获得苦苣菜叶片全长转录组序列,以此为参考,基于BGISEQ-500测序平台的数字基因表达谱技术,分析200、250、300 mM NaCl处理2d苦苣菜叶片转录组表达谱,探究苦苣菜响应盐胁迫的主要基因及代谢途径。主要研究结果如下:(1)NaCl处理显著影响了苦苣菜生长,对地上部分的影响大于地下部分,盐浓度为66-250 mM时,苦苣菜将更多的同化物分配到地下部分,根冠比增大,根系吸水增加,保证了幼苗的存活。(2)盐胁迫1d、2d、3d,K~+、可溶性糖,可溶性蛋白质、脯氨酸含量及SOD、POD、CAT活性随盐浓度的增加先显著增大后减小,Na~+含量和K~+/Na~+在盐胁迫1d、2d有相似的变化趋势。盐胁迫3d,脯氨酸、Na~+含量随盐浓度增大而显著增加,MDA含量在盐浓度达到200 mM后随盐浓度的增加显著增大,K~+/Na~+的变化则不明显。(3)苦苣菜叶片全长转录组测序获得50286条最终isoforms,总碱基长度达到1.04亿bp,平均碱基长度达到2078 bp(N50=2303)。对200、250、300 mM NaCl处理2d苦苣菜叶片转录组表达谱分析,每个样品测序总核苷酸数均为1.1 G以上,Q20均为97%以上,平均产生2318万条clean reads。(4)对差异表达基因的GO功能注释及KEGG代谢通路富集分析发现,盐胁迫下,苦苣菜大量基因被诱导表达,糖类、氨基酸、蛋白质代谢途径显著富集,渗透保护物质及逆境蛋白、抗氧化物等功能蛋白质被诱导合成。主要的物质运输及分解代谢途径是内吞作用及吞噬体途径。高盐胁迫(300 mM Na Cl)诱导了昼夜节律代谢途径。综上所述,苦苣菜具有较强耐盐性,在盐胁迫(66-300 mM)处理1d、2d、3d进行一系列生理调节,增强渗透调节能力及抗氧化能力,具有较强的吸钾拒钠能力,基本缓解了Na~+的毒害及渗透压力。但NaCl浓度超过200 mM后其渗透调节能力和抗氧化能力均降低。对盐胁迫下苦苣菜叶片转录组表达谱研究发现,盐胁迫诱导了苦苣菜逆境蛋白、抗氧化物、渗透保护物质、次生代谢物质及内吞作用,吞噬体途径等相关基因的表达,激活了一系列生理代谢途径缓解盐胁带来的损伤,同时在高盐胁迫下,诱导了昼夜节律代谢途径。基于对苦苣菜响应盐胁迫的的生理变化特征、关键基因及代谢途径的研究,为苦苣菜的开发利用及耐盐栽培提供理论依据。
【图文】：

技术路线图,防雨棚,根部,分保

图 2-1 技术路线图Fig. 2-1 Technology roadmap法料苗采用无性繁殖方法培育，用其根部种植。根部材料来自甘′N, 104°47′E）。本实验在农业部黄土高原生态环境重点野外科）进行（36°02′N, 103°44′W），雨天用防雨棚遮雨，晴天露然降水。处理方法验方法 cm，直径约 25 cm 的塑料桶，，每桶装土 14 kg，装土容重大约种植，正常浇水，待出苗后长至 5 叶以上，每盆挑选长势一NaCl 处理 15d，NaCl 浓度为 0（CK）、66、133、200、250、3 3 个重复。处理期间桶内水分保持在其田间持水量的 70%。

序列,转录组,标准化过程,测序

测序原理是单分子实时测序（Single-Molecule Real-Time，图 2-2A 主要包括 4 步：全长 cDNA 合成：使用 Clontech SMARTer PCR cDNASynthe片段选择及 PCR 扩增：采用 BluePippinTM 仪器进行片段选2 kb, 2~3 kb, 3~6 kb, 5~ 10 kb；SMRTbell 文库制备：不同插入片段文库加上 SMRTbell 模板并测序：文库进行质控后上机测序。参考基因的物种来说，信息分析流程如图 2-2B 主要包括：过滤含接头，低质量以及过短的序列；根据 reads 读到接头与 polyA 的情况，分别全长与非全长转录对全长转录本进行聚类，得到一致性序列；用所有 reads 对一致性序列进行比对，得到 HQ 全长转录本；对多个文库的数据进行合并去冗余，得到该项目的最终高质量长转录本比对数据库注释（Nr、Nt、Swissprot、KEGG、GO、CO预测编码蛋白框（CDS）及 SSR 预测；
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S636.9

【参考文献】