霸王响应盐的差异表达基因分析及重要KUP家族蛋白的功能鉴定

发布时间：2023-12-10 12:27

　　土壤干旱和次生盐渍化是制约我国西北地区农牧业发展的主要非生物因素。为适应西北荒漠地区恶劣的生存环境,广泛分布于该地区的荒漠植物进化出独特的抗逆机制。对这些荒漠植物的抗逆机理开展研究,进而发掘和鉴定相关的抗逆基因资源,可为优良牧草和农作物的遗传改良奠定基础,并促进对干旱区盐碱化土地的开发利用。多浆旱生植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)是广泛分布于我国西北荒漠地区的积盐型旱生植物。前期研究发现,尽管生境中的土壤有效Na⁺含量极低且K⁺匮乏,霸王仍然能够通过吸收Na⁺,并将其作为渗透调节物质来抵御逆境胁迫,同时,还可以维持体内K⁺浓度的稳定。由此可见,霸王具有甜土植物所不可比拟的独特抗逆机制,是研究耐盐抗旱机制的理想材料。目前,霸王响应盐的分子机制尚缺乏系统研究,高亲和钾转运蛋白KUP/HAK/KT家族成员在霸王维持K⁺稳态平衡机制中的作用尚不清楚,关键Na⁺、K⁺转运蛋白在整株水平上的协同作用仍有待进一步解析。因此...

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
Abstract
引言
第一章 国内外研究进展
    1.1 离子稳态平衡与植物的耐盐性
    1.2 Na⁺吸收与转运相关蛋白
        1.2.1 NHX1
        1.2.2 SOS
        1.2.3 HKT
        1.2.4 CNGC
    1.3 K⁺吸收与转运相关蛋白
        1.3.1 AKT
        1.3.2 SKOR
        1.3.3 KUP/HAK/KT
    1.4 Na⁺、K⁺关键转运蛋白在植物耐盐中的协同作用
    1.5 RNA-Seq技术
        1.5.1 RNA-Seq技术在解析植物耐盐机制中的应用
        1.5.2 RNA-Seq技术在非模式植物中的应用
    1.6 多浆旱生植物霸王耐盐、抗旱机制研究进展
第二章 比较转录组分析揭示霸王响应盐的独特机制
    2.1 材料与方法
        2.1.1 植物材料培养及处理方法
        2.1.2 RNA-Seq测序
        2.1.3 霸王、拟南芥差异基因表达数据获取
        2.1.4 差异表达基因(DEGs)分析
        2.1.5 对霸王进行重新注释,DEGs功能分类
        2.1.6 Real-time qPCR验证
    2.2 结果与分析
        2.2.1 测序质量良好
        2.2.2 盐处理下差异表达基因(DEGs)的总览
        2.2.3 差异基因功能分类
        2.2.4 差异基因代谢途径分类
        2.2.5 关键的差异表达基因
        2.2.6 霸王中特有的差异表达基因
        2.2.7 测序结果与Real-time qPCR验证结果具有良好的相关性
    2.3 讨论
        2.3.1 霸王中独特的差异表达基因
        2.3.2 霸王与拟南芥差异表达基因概况
        2.3.3 霸王中的离子转运系统与拟南芥相比更为活跃
        2.3.4 PODs和 GSTs在霸王ROS清除系统中发挥重要作用
        2.3.5 ABA、GA合成及生长素响应基因在霸王与拟南芥中表现出截然不同的表达模式
    2.4 小结
第三章 霸王钾转运蛋白ZxKUP7 的功能鉴定
    3.1 材料和方法
        3.1.1 材料
        3.1.2 方法
        3.1.3 数据分析
    3.2 结果与分析
        3.2.1 霸王转录组中的KUP/HAK/KTs
        3.2.2 ZxKUP7 基因全长c DNA的克隆与序列分析
        3.2.3 ZxKUP7 亚细胞定位于质膜
        3.2.4 ZxKUP7 表达模式分析
        3.2.5 获得了ZxKUP7 转基因拟南芥
        3.2.6 ZxKUP7 转基因拟南芥生长表型
        3.2.7 ZxKUP7 转基因拟南芥耐盐性分析
        3.2.8 ZxKUP7 转基因拟南芥抗旱性分析
    3.3 讨论
        3.3.1 霸王ZxKUP7 基因编码KUP/HAK/KT家族钾转运蛋白
        3.3.2 ZxKUP7 可能参与霸王对逆境的应答响应
        3.3.3 ZxKUP7 通过增加K⁺吸收并降低Na⁺积累,增强转基因拟南芥耐盐性
        3.3.4 ZxKUP7 通过增加K⁺在地上部的积累,提高转基因拟南芥抗旱性
    3.4 小结
第四章 霸王钾转运蛋白ZxKUP6 的功能初步分析
    4.1 材料和方法
        4.1.1 材料
        4.1.2 方法
        4.1.3 数据分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 ZxKUP6 基因全长c DNA的克隆与序列分析
        4.2.2 ZxKUP6 亚细胞定位于质膜
        4.2.3 ZxKUP6 表达模式分析
        4.2.4 获得了超表达ZxKUP6 的拟南芥株系
        4.2.5 超表达ZxKUP6 株系的生长表型
        4.2.6 超表达ZxKUP6 拟南芥抗旱性分析
    4.3 讨论
        4.3.1 霸王ZxKUP6 基因编码KUP/HAK/KT家族钾转运蛋白
        4.3.2 ZxKUP6 可能参与霸王对逆境的应答响应
        4.3.3 ZxKUP6 可能参与K⁺从根向地上部的转运
    4.4 小结
第五章 霸王Zx NHX1-RNAi株系中Na⁺、K⁺平衡关键基因表达分析
    5.1 材料与方法
        5.1.1 材料培养
        5.1.2 RNA提取
        5.1.3 反转录
        5.1.4 Real-time qPCR
        5.1.5 数据统计与分析
    5.2 结果与分析
        5.2.1 ZxNHX1 在野生型及ZxNHX1-RNAi株系中的表达
        5.2.2 ZxNHX1 干扰影响了霸王中Na⁺吸收转运相关基因的表达
        5.2.3 ZxNHX1 干扰影响了霸王中K⁺吸收转运相关基因的表达
        5.2.4 ZxNHX1 干扰影响了霸王中CNGCs的表达
    5.3 讨论
        5.3.1 ZxNHX1 调控霸王Na⁺吸收、转运相关基因的表达
        5.3.2 ZxNHX1 间接影响霸王K⁺吸收、转运关键基因的表达
        5.3.3 ZxNHX1 间接影响霸王CNGCs基因的表达
    5.4 小结
结论
参考文献
在学期间(2013-2019 年)的研究成果
致谢



本文编号：3872412