梨花芽休眠转换的分子网络及调控机制

发布时间：2018-05-07 09:54

本文选题：梨 + 芽休眠　；参考：《浙江大学》2016年博士论文

【摘要】：多年生温带落叶植物的一个重要特征是在极端环境条件下芽能够维持休眠状态的能力。根据引起休眠的因素将其分为类休眠、内休眠(本文所指)和生态休眠。处于内休眠状态芽的分生组织对外界环境变化不敏感,即使是处于适宜生长的环境条件下也不会恢复生长,直到休眠解除分生组织才具有在适宜条件下恢复生长的能力。芽休眠是一个复杂的生命活动过程,对植物的生长发育、开花结实、适应性、物种生存和地理分布都有着至关重要的作用。芽休眠进入、维持和解除的分子机制的研究对解决农业生产上出现的因休眠不足导致的温暖地区落叶果树开花不整齐、花期延长等不良现象具有理论指导意义。研究表明,包括梨在内的一些落叶果树的休眠主要受到了冷信号和激素(主要是ABA/GA)的调控,但是冷信号和ABA/GA调控芽休眠的分子机制至今还未得到明确的阐述。此外,与休眠相关基因的转录是如何被激活和沉默的尚未见报道。近年来大量的研究证明DNA甲基化参与了植物众多生理过程的基因表达和沉默。本论文通过对'酥梨'花芽休眠过程的转录调控和表观遗传调控的研究来阐述梨休眠的分子调控网络及调控机制。主要结果如下:系统研究了MIKC~C基因在梨休眠诱导、维持和解除中的作用。首先利用生物信息学的手段从梨基因组中鉴定了 30条MIKC~C-type MADS Box基因。并对这些转录因子基因的进化关系、基因位置、基因结构、基因的组织特异性表达和休眠过程中的表达模式进行了分析。结果表明,这些基因在芽休眠过程中的表达模式差异较大,可能在芽休眠过程中扮演着不同的角色。酵母单杂实验和双荧光素酶检测实验发现冷响应因子PpCBF可能通过结合PpDAM1和PpDAM3的C-repeat/DRE位点激活其表达来诱导芽休眠的进入;PpDAMs通过抑制PpFT2的表达来维持内休眠的状态。通过对microRNA生物信息学预测和小RNA测序,共鉴定了 185条保守的miRNA、24条非保守的miRNA和32条梨特异的miRNA。通过对miRNAs和MIKC~C基因的联合分析结合降解组的数据分析发现,在芽休眠解除的过程中miR6390可能通过降解PpDAMs来解除PpDAMs对PpFT2的抑制效应从而解除休眠。综上所述,我们得出了一个以DAM基因为中心的梨芽休眠的分子调控模型:短时低温诱导CBF基因的表达,进而促进DAM基因的表达,从而诱导内休眠的进入;进入休眠后DAM蛋白抑制了 FT2的表达,从而抑制了芽的萌动过程并维持这种休眠状态;7.2℃以下的低温积累过程中DAM基因表达显著性下调,从而解除了对FT2基因表达的抑制,促进芽内休眠的解除和芽的萌动,而DAM基因表达的显著性下调可能是miR6390特异性降解引起的。建立了利用超高效液相串联质谱测定梨植物内源激素的提取方法和测定四种主要植物内源激素的方法,其加标回收率可达到70.11%～89.84%,相对标准偏差为4.25%～14.96%,适合梨内源激素的测定。利用该方法对梨花芽休眠过程中的ABA含量进行了测定,发现ABA含量在内休眠过程中先迅速上升并在休眠解除过程中迅速下降,说明内源激素ABA在芽休眠状态转变过程中起着重要的作用。为了进一步研究ABA参与芽休眠调控的分子机制,我们从梨基因组中分离并鉴定了 ABA下游响应因子HD-Zip家族基因,共获得了 47条HD-Zip转录因子基因序列。这些转录因子根据序列进化关系被分为四个亚家族。对转录因子基因的进化关系、染色体位置、基因结构以及它们在休眠过程中的表达模式进行分析,结果表明这些基因在芽休眠过程中的表达模式差异较大,PpHB822的表达模式跟内源激素ABA的含量变化一致,在12月15日达到峰值后表达显著性下调。通过酵母单杂和双荧光素酶检测实验发现PpHB22可能通过不依赖于冷响应途径来激活PpDAM1的表达诱导花芽内休眠的进入。利用甲基化抑制剂(5'氮胞苷)对'酥梨'离体枝条进行处理,以清水处理为对照,进行不同时长的低温处理后对样本的DNA甲基化进行单碱基分辨率的全基因组测序和关联转录组分析。在梨基因组中CG序列甲基化的功能元件占主导地位,其次是CHG序列,CHH序列的功能元件甲基化水平最低。在启动子区域三种类型的甲基化程度都较其它区域高出很多。靠近5' UTR的启动子区域三种类型的甲基化程度相对较低,这将有利于调控因子和RNA聚合酶结合在这个区域并激活基因的表达。通过对休眠不同时期总体DNA甲基化水平的统计后发现,在内休眠过程中总体DNA甲基化的的程度是下降的,在休眠解除过程中总体DNA甲基化的的程度又上升。对差异甲基化区域的启动子和功能元件分析后发现,相关基因主要参与了激素信号转导和淀粉蔗糖代谢等途径。
[Abstract]:In this paper , the molecular mechanism of dormancy is studied by means of bioinformatic analysis . The results show that the dormancy of some deciduous fruit trees , including pears , is not sensitive to the changes of the environment . In this paper , we have obtained 47 HD - Zip transcription factor gene sequences . These transcription factors are divided into four sub - families according to the sequence evolution relationship .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S661.2

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