薄皮甜瓜肉桂醇脱氢酶（CAD）在非生物胁迫下参与木质素合成的功能探究
发布时间：2022-08-04 14:02
薄皮甜瓜（Cucumis melo var.makuwa Makino）是葫芦科中的一种经济作物,主要种植区在中国和东南亚一些国家。较弱的抗逆能力容易造成设施栽培中产量和品质降低,因此,提高薄皮甜瓜的抗逆能力显得尤为重要。前人在多种植物中发现了木质素单体合成关键酶—肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD）,且合成该酶的基因一般以家族形式存在,不同家族成员可能行使着差异化的功能,但大多成员对逆境胁迫和一些信号物质均有响应。此外,木质素也被认为是抵抗或响应逆境胁迫的一种重要物质。因此,探究CAD调控木质素合成与逆境胁迫之间的关系对提高薄皮甜瓜抗逆性具有重要意义。前期研究从甜瓜基因组数据库中鉴定出5个CAD基因,并分别命名为CmCAD1～5。为了探究CmCADs基因与逆境的关系及深入探究其参与木质素合成的机理,本研究以薄皮甜瓜’彩虹7号’和拟南芥cadc cadd双缺失突变体为试材,通过干旱（8%和15%PEG6000）、机械损伤（叶片损伤,LW;茎损伤,SW）和盐（50和100 mmol/LNaCl）处理,初步明确了这三种非生物胁迫对CmCADs...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词
第一章 文献综述
1 木质素合成途径
1.1 木质素单体的合成通路
1.2 木质素单体合成相关酶的定位
1.3 木质素单体的转运及木质化起始位点
1.4 木质素在正常生长发育植株中的积累
2 肉桂醇脱氢酶(CAD)在木质素合成途径中的作用
3 非生物胁迫对CAD及木质化的调控
3.1 干旱胁迫对CAD及木质化的调控
3.2 机械损伤对CAD及木质化的调控
3.3 盐胁迫对CAD及木质化的调控
3.4 水涝胁迫对CAD及木质化的调控
3.5 低温胁迫对CAD及木质化的调控
4 信号物质对CAD及木质化的调控
4.1 脱落酸(ABA)对CAD及木质化的调控
4.2 过氧化氢(H202)对CAD及木质化的调控
4.3 茉莉酸(JA)对CAD及木质化的调控
4.4 水杨酸(SA)对CAD及木质化的调控
4.5 乙烯(ETH)对CAD及木质化的调控
4.6 一氧化氮(NO)对CAD及木质化的调控
5 本研究的目的与意义
6 技术路线
第二章 甜瓜CmCADs基因对干旱、机械损伤和盐胁迫的响应
1 材料与处理
2 方法
2.1 根系电解质渗透率
2.2 叶片相对含水率
2.3 叶片叶绿素含量
2.4 木质素含量
2.5 茎横切面的间苯三酚染色
2.6 PAL、CAD、POD和LAC酶活性测定
2.7 总RNA的提取与cDNA的合成
2.8 实时定量PCR
2.9 数据分析
3 结果与分析
3.1 甜瓜幼苗在干旱和盐胁迫下形态指标变化
3.2 甜瓜幼苗在干旱胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
3.3 甜瓜幼苗在机械损伤胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
3.4 甜瓜幼苗在盐胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
4 讨论
4.1 干旱和盐胁迫显著抑制甜瓜幼苗的生长发育
4.2 三种非生物胁迫促进了木质素的积累及合成相关酶的活性
4.3 CmCADs不同程度地响应干旱、机械损伤和盐胁迫
5 本章小结
第三章 干旱胁迫下3种信号物质对CmCADs基因的调控作用
1 材料及处理
2 方法
2.1 木质素含量、酶活性与表达量测定
2.2 ABA和JA含量测定
2.3 H_2O_2含量测定和染色
2.4 数据分析
3 结果与分析
3.1 干旱胁迫下甜瓜茎或叶片中ABA、H_2O_2和JA的变化
3.2 ABA、H_2O_2和JA抑制剂处理下甜瓜茎或叶片中相应信号物质含量
3.3 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素含量的影响
3.4 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素合成相关酶活性的影响
3.5 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中CmCADs基因表达量的影响
3.6 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素合成相关基因表达量的影响
3.7 ABA和H_2O_2在干旱胁迫下协同调控木质素的合成
4 讨论
5 本章小结
第四章 CmCADs在拟南芥中参与木质素合成和抗旱性的功能验证
1 材料及处理
2 方法
2.1 RNA的提取及cDNA的合成
2.2 超表达载体构建
2.3 拟南芥双缺失突变体花序浸润侵染
2.4 转基因拟南芥的鉴定
2.5 相对含水量、茎部水势和电解质渗透率测定
2.6 木质素含量、CAD酶活性、CmCADs的表达量测定
2.7 花茎木质素染色
2.8 细胞壁超微结构观察
2.9 GUS酶活性测定
2.10 花茎水势测定
2.11 数据分析
3 结果与分析
3.1 半定量及相对定量分析CmCADs基因的组织表达特异性
3.2 CmCADs基因家族成员的系统进化分析
3.3 转CmCADs基因的拟南芥株系鉴定
3.4 转CmCADs基因的拟南芥中CmCADs各自表达量
3.5 转CmCADs基因的拟南芥植株形态、木质素含量和CAD酶活性变化
3.6 转CmCADs基因的拟南芥花茎木质素染色观察
3.7 转CmCADs基因的拟南芥花茎细胞壁超微结构观察
3.8 转CmCADs基因拟南芥的控水干旱处理
3.9 转CmCADs基因拟南芥的甘露醇模拟干旱处理
4 讨论
5 本章小结
第五章 CmCADs在甜瓜中参与木质素合成和抗旱性的功能验证
1 材料及处理
2 方法
2.1 RNA的提取及cDNA的合成
2.2 构建VIGS瞬时沉默载体
2.3 植株侵染沉默目的基因
2.4 细胞壁超微结构观察
2.5 茎部水势测定
2.6 数据分析
3 结果与分析
3.1 沉默CmCADs基因的甜瓜植株表型及形态指标
3.2 沉默CmCADs基因甜瓜植株中CmCADs表达量、CAD酶活性及木质素变化
3.3 沉默CmCADs基因甜瓜茎部木质素染色及细胞壁超微结构观察
3.4 沉默CmCADs基因甜瓜植株的控水干旱处理
4 讨论
5 本章小结
全文总结与展望
本课题的特色和创新之处
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑莓果实发育成熟期木质素合成CAD酶及其基因表达[J]. 张春红,熊振豪,吴文龙,李维林. 南京林业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]乙烯利对玉米茎秆抗倒伏性的调控效应[J]. 柴孟竹,李钊,秦东玲,刘禹辰,徐密林,董璐铭,张倩,杨德光,张平. 玉米科学. 2017(06)
[3]巴拉圭瓜多竹CAD基因的克隆与分析[J]. 朱金鑫,孙金金,原晓龙,王娟,杨宇明,王毅. 西部林业科学. 2017(01)
[4]巨龙竹肉桂醇脱氢酶基因（DsCAD）的克隆及功能分析[J]. 孙金金,朱金鑫,王娟,杨宇明,王毅. 竹子学报. 2016(04)
[5]茄子嫁接愈合过程中相关酶活性的变化[J]. 张淑红,王月,聂洪光,张恩平,谭福雷,詹林玉. 沈阳农业大学学报. 2016(03)
[6]高等植物醇脱氢酶及其基因家族研究进展[J]. 刘威,陈昊,靳亚忠,齐红岩. 植物生理学报. 2014(10)
[7]丹参肉桂醇脱氢酶基因（SmCAD）的克隆及表达分析[J]. 葛茜,邝静,武玉翠,张媛,肖娅萍,王喆之. 植物科学学报. 2013(03)
硕士论文
[1]干旱胁迫下油菜木质素含量及其关键基因表达的时空动态变化[D]. 张颖俊.西南大学 2015
本文编号：3669674
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词
第一章 文献综述
1 木质素合成途径
1.1 木质素单体的合成通路
1.2 木质素单体合成相关酶的定位
1.3 木质素单体的转运及木质化起始位点
1.4 木质素在正常生长发育植株中的积累
2 肉桂醇脱氢酶(CAD)在木质素合成途径中的作用
3 非生物胁迫对CAD及木质化的调控
3.1 干旱胁迫对CAD及木质化的调控
3.2 机械损伤对CAD及木质化的调控
3.3 盐胁迫对CAD及木质化的调控
3.4 水涝胁迫对CAD及木质化的调控
3.5 低温胁迫对CAD及木质化的调控
4 信号物质对CAD及木质化的调控
4.1 脱落酸(ABA)对CAD及木质化的调控
4.2 过氧化氢(H202)对CAD及木质化的调控
4.3 茉莉酸(JA)对CAD及木质化的调控
4.4 水杨酸(SA)对CAD及木质化的调控
4.5 乙烯(ETH)对CAD及木质化的调控
4.6 一氧化氮(NO)对CAD及木质化的调控
5 本研究的目的与意义
6 技术路线
第二章 甜瓜CmCADs基因对干旱、机械损伤和盐胁迫的响应
1 材料与处理
2 方法
2.1 根系电解质渗透率
2.2 叶片相对含水率
2.3 叶片叶绿素含量
2.4 木质素含量
2.5 茎横切面的间苯三酚染色
2.6 PAL、CAD、POD和LAC酶活性测定
2.7 总RNA的提取与cDNA的合成
2.8 实时定量PCR
2.9 数据分析
3 结果与分析
3.1 甜瓜幼苗在干旱和盐胁迫下形态指标变化
3.2 甜瓜幼苗在干旱胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
3.3 甜瓜幼苗在机械损伤胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
3.4 甜瓜幼苗在盐胁迫下木质素含量、酶活性及CmCADs基因表达量变化
4 讨论
4.1 干旱和盐胁迫显著抑制甜瓜幼苗的生长发育
4.2 三种非生物胁迫促进了木质素的积累及合成相关酶的活性
4.3 CmCADs不同程度地响应干旱、机械损伤和盐胁迫
5 本章小结
第三章 干旱胁迫下3种信号物质对CmCADs基因的调控作用
1 材料及处理
2 方法
2.1 木质素含量、酶活性与表达量测定
2.2 ABA和JA含量测定
2.3 H_2O_2含量测定和染色
2.4 数据分析
3 结果与分析
3.1 干旱胁迫下甜瓜茎或叶片中ABA、H_2O_2和JA的变化
3.2 ABA、H_2O_2和JA抑制剂处理下甜瓜茎或叶片中相应信号物质含量
3.3 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素含量的影响
3.4 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素合成相关酶活性的影响
3.5 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中CmCADs基因表达量的影响
3.6 ABA、H_2O_2和JA对甜瓜茎中木质素合成相关基因表达量的影响
3.7 ABA和H_2O_2在干旱胁迫下协同调控木质素的合成
4 讨论
5 本章小结
第四章 CmCADs在拟南芥中参与木质素合成和抗旱性的功能验证
1 材料及处理
2 方法
2.1 RNA的提取及cDNA的合成
2.2 超表达载体构建
2.3 拟南芥双缺失突变体花序浸润侵染
2.4 转基因拟南芥的鉴定
2.5 相对含水量、茎部水势和电解质渗透率测定
2.6 木质素含量、CAD酶活性、CmCADs的表达量测定
2.7 花茎木质素染色
2.8 细胞壁超微结构观察
2.9 GUS酶活性测定
2.10 花茎水势测定
2.11 数据分析
3 结果与分析
3.1 半定量及相对定量分析CmCADs基因的组织表达特异性
3.2 CmCADs基因家族成员的系统进化分析
3.3 转CmCADs基因的拟南芥株系鉴定
3.4 转CmCADs基因的拟南芥中CmCADs各自表达量
3.5 转CmCADs基因的拟南芥植株形态、木质素含量和CAD酶活性变化
3.6 转CmCADs基因的拟南芥花茎木质素染色观察
3.7 转CmCADs基因的拟南芥花茎细胞壁超微结构观察
3.8 转CmCADs基因拟南芥的控水干旱处理
3.9 转CmCADs基因拟南芥的甘露醇模拟干旱处理
4 讨论
5 本章小结
第五章 CmCADs在甜瓜中参与木质素合成和抗旱性的功能验证
1 材料及处理
2 方法
2.1 RNA的提取及cDNA的合成
2.2 构建VIGS瞬时沉默载体
2.3 植株侵染沉默目的基因
2.4 细胞壁超微结构观察
2.5 茎部水势测定
2.6 数据分析
3 结果与分析
3.1 沉默CmCADs基因的甜瓜植株表型及形态指标
3.2 沉默CmCADs基因甜瓜植株中CmCADs表达量、CAD酶活性及木质素变化
3.3 沉默CmCADs基因甜瓜茎部木质素染色及细胞壁超微结构观察
3.4 沉默CmCADs基因甜瓜植株的控水干旱处理
4 讨论
5 本章小结
全文总结与展望
本课题的特色和创新之处
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑莓果实发育成熟期木质素合成CAD酶及其基因表达[J]. 张春红,熊振豪,吴文龙,李维林. 南京林业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]乙烯利对玉米茎秆抗倒伏性的调控效应[J]. 柴孟竹,李钊,秦东玲,刘禹辰,徐密林,董璐铭,张倩,杨德光,张平. 玉米科学. 2017(06)
[3]巴拉圭瓜多竹CAD基因的克隆与分析[J]. 朱金鑫,孙金金,原晓龙,王娟,杨宇明,王毅. 西部林业科学. 2017(01)
[4]巨龙竹肉桂醇脱氢酶基因（DsCAD）的克隆及功能分析[J]. 孙金金,朱金鑫,王娟,杨宇明,王毅. 竹子学报. 2016(04)
[5]茄子嫁接愈合过程中相关酶活性的变化[J]. 张淑红,王月,聂洪光,张恩平,谭福雷,詹林玉. 沈阳农业大学学报. 2016(03)
[6]高等植物醇脱氢酶及其基因家族研究进展[J]. 刘威,陈昊,靳亚忠,齐红岩. 植物生理学报. 2014(10)
[7]丹参肉桂醇脱氢酶基因（SmCAD）的克隆及表达分析[J]. 葛茜,邝静,武玉翠,张媛,肖娅萍,王喆之. 植物科学学报. 2013(03)
硕士论文
[1]干旱胁迫下油菜木质素含量及其关键基因表达的时空动态变化[D]. 张颖俊.西南大学 2015
本文编号：3669674
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