PEG模拟干旱条件下烯效唑对薏苡幼苗生理生化的调控及转录组分析

发布时间：2018-03-22 18:01

本文选题：薏苡　切入点：烯效唑　出处：《黑龙江八一农垦大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：干旱已成为当今重要的生态问题之一,同时也是制约农业可持续发展的重要因素。薏苡Coix(Coix lachrymal-jobi L.)是禾本科一年生或多年生草本药食兼用植物,含有丰富的蛋白质、脂肪等营养成分,而且还具有重要的药用功效。随着对薏苡保健功能的进一步认识,其用途越来越广泛,市场需求也越来越大。因此,对于薏苡的栽培种植有着广阔的市场和前景。薏苡其习性与水稻相似,是耗水量较多的一种作物,干旱是制约薏苡生产的最为重要的因素之一。烯效唑(S3307)为高效低毒的植物生长延缓剂,在植物抗逆方面起到重要作用。本研究以“薏辽5号”为材料,使用PEG-6000作为模拟干旱胁迫渗透剂,研究S3307对干旱胁迫下薏苡幼苗生长及生理生化指标的影响,同时采用RNA-Seq高通量测序技术,对干旱胁迫及S3307处理下薏苡叶片进行转录本测序,并对差异表达基因进行注释,分析和验证,主要研究结果如下:1.S3307对PEG干旱胁迫下薏苡种子发芽的影响干旱胁迫下,薏苡种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈现下降趋势。与干旱组相比,S3307浸种12 h后种子发芽率和发芽势呈现显著性降低,活力指数却呈现先上升后下降趋势,在S3307浓度为9 mg·L-1时达到最大值(3.52±0.38),比干旱胁迫组提高51.7%。同时,胚芽胚根干重也达到最大值(0.40±0.02 mg·10seedling-1,0.22±0.03 mg·10seedling-1),分别提高了12.50%和22.27%。2.S3307对PEG干旱胁迫下薏苡幼苗生长及生理指标影响干旱胁迫下,薏苡株高、根长、茎粗和干重显著降低。与干旱组相比,浓度为9 mg·L-1S3307组的茎粗提高了16.19%,地上地下干重分别提高了19.56%和22.75%;抗氧化物酶和渗透性物质与干旱胁迫组呈现显著性差异,其中叶片和根系中CAT活性比干旱胁迫组提高80.56%和50.96%,叶片和根系的脯氨酸含量比干旱胁迫组分别增加28.49%和4.58%。3.S3307对PEG干旱胁迫下薏苡幼苗超显微结构及内源激素的影响干旱胁迫下,薏苡叶片气孔长度、气孔宽度和气孔开度都显著降低,薏苡幼苗超微结构在不同程度上受到损坏。与干旱组相比,S3307处理48 h后,气孔密度、气孔宽度和气孔开度分别提高20.43%,10.49%和28.97%,且呈现显著性差异。S3307处理能够使薏苡根系细胞线粒体和叶肉细胞叶绿体等基本恢复正常,质壁分离现象有所缓解。另外,S3307通过调控ABA,GA3和IAA的含量水平来实现对干旱胁迫的响应。4.薏苡转录组测序分析采用I11umina Hi Seq2000高通量测序技术建立了薏苡转录组数据库,获得了薏苡173,786个转录本(transcript),92,865个单基因簇(unigene)。通过对表达基因序列组装、功能注释和代谢途径等分析,获得大量功能基因和代谢通路。此外检测到7534个简单重复序列。5.PEG干旱胁迫前后薏苡转录组差异表达基因分析通过高通量测序表达谱分析,获得了薏苡在干旱胁迫前后的差异表达基因1128条,上调基因662条,下调差异基因466条。通过GO,COG和KEGG等数据库和代谢途径分析,证实了薏苡在响应干旱胁迫过程中主要表现在植物激素信号转导和糖代谢通路中。被注释的差异表达基因中,与ABA合成有关的酶(ABA醛氧化酶和NCEDs),与干旱相关的转录因子(AP2,NAC,b ZIP和EREBP)和功能蛋白(LEA,HSP70和蛋白激酶)等在表达中显著上调。6.S3307对PEG干旱胁迫下薏苡转录组差异表达基因分析通过高通量测序表达谱分析,获得了薏苡在S3307处理干旱胁迫下前后差异表达基因有212条,上调基因103条,下调差异基因109条。通过GO,COG和KEGG等代谢途径富集分析,证实了S3307抗旱响应主要表现在亚油酸及氧化磷酸化代谢通路中。被注释的差异表达基因中,与脂类代谢(lipoxygenase,linoleate 13S-lipoxygenase)和氧化还原(cytochrome P450,monooxygenase,alcohol dehydrogenase NAD)等有关的酶在表达中显著上调。另外,一些与黄酮类物质(flavonols)和油菜类固醇(brassinosteroid)等次级代谢产物合成相关的酶也被上调表达。上述结果表明,干旱胁迫严重影响了薏苡幼苗形态结构和生理功能。而S3307可以通过增加茎粗干重,提高抗氧化酶活性,增强渗透胁迫性物质等特性来提高薏苡幼苗的抗旱性。同时从转录水平上探讨了干旱前后及S3307处理前后转录组差异表达基因分析情况,通过高通量测序表达谱分析,获得了与薏苡干旱及抗旱性相关的差异表达基因,为薏苡的抗旱性研究及S3307在薏苡生产中的应用提供一定理论基础和基因资源。
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【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S519

【参考文献】