茶树对干旱胁迫和复水响应的生理、分子机理

发布时间：2017-06-21 16:08

  本文关键词：茶树对干旱胁迫和复水响应的生理、分子机理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：干旱严重影响了茶树生长发育及茶叶产量、品质,理解茶树耐旱机理,培育耐旱茶树品种是应对干旱胁迫最主要的生物措施之一。本文以耐旱性较弱的?槠叶齐‘(T1)和耐旱性较强的?宁州2号‘(T2)为研究材料,分析两个品种对室内外干旱胁迫及复水的形态、生理响应。基于形态、生理变化,选择T2在干旱前、干旱胁迫及复水3个时期茶树一芽二叶进行转录组测序,研究茶树耐旱分子机理,并对茶树脱落酸(ABA)合成及信号转导的关键酶基因进行克隆及表达分析,主要研究结果如下:1.两个品种的脱落酸(ABA)和水杨酸(S A)在干旱胁迫早期增至高峰而后迅速下降,丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)和脯氨酸(Pro)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随着干旱胁迫加重而显著增加,复水后迅速减少。耐旱较强的茶树品种累积较少的MDA、Pro、SS,低累积ABA和高累积S A,具有较高效的SOD CAT活性氧清除系统以及较高的复水恢复力。2.通过转录组测序,共获得约21.8 M reads,拼接成60,587个unigene,平均长度706 bp,功能注释约80%。这些unigenes在干旱胁迫下主要富集于代谢过程和激素信号转导,而复水后主要富集于合成代谢。筛选到5955个差异表达显著的unigene,在干旱胁迫及复水下,有1,517个unigene先下调表达然后上调表达,3,792个unigene先上调表达而后下调表达,490个unigene持续下调表达,156个unigene的表达水平持续上升。随机选择的20个unigene的表达模式经实时荧光定量PCR(q RT-PCR)和RNA-Seq检测结果一致。3.在干旱胁迫和复水下,分别发现属于26个家族的762个和950个蛋白激酶基因、53个和81个蛋白磷酸酶基因、属于58个家族的547个和604个转录因子基因。揭示了干旱胁迫与复水下茶树激素代谢和信号转导以及可溶性糖和脯氨酸代谢的机理,及其在茶树耐旱中的重要作用。干旱胁迫及随后复水过程中,两个品种的NCED1、PAL、SOD和CAT的表达水平分别与ABA含量、SA含量、SOD活性和CAT活性显著正相关;T2的P5CS表达水平与Pro含量显著正相关,但T1的P5CS表达受Pro累积的反馈抑制;5个基因在T2的表达变化较T1更急剧。4.克隆了干旱胁迫下茶树ABA合成关键酶基因NCED1、NCED4以及ABA信号转导关键酶基因Sn RK2.1 Sn RK2.4,Cs Sn RK2.1、Cs Sn RK2.3、Cs Sn RK2.4可能属于第Ⅱ亚类Sn RK2,Cs Sn RK2.2可能为第Ⅲ亚类Sn RK2。利用q RT-PCR检测了两个茶树品种在干旱胁迫及复水下这6个基因的表达模式,初步验证了其耐旱功能。此外,初步揭示了干旱胁迫与复水下茶树ABA调控气孔运动机理。
【关键词】：茶树 干旱胁迫 复水 生理响应 转录组 NCED SnRK2
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S571.1
【目录】：

• 附件3-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 英文缩略表12-13
• 第一章 引言13-25
• 1.1 干旱对茶树生育、产量和品质的影响13-14
• 1.2 茶树对干旱胁迫和复水的响应机理14-19
• 1.2.1 形态变化14-15
• 1.2.2 生理响应15-16
• 1.2.3 分子机理16-19
• 1.3 转录组水平理解植物耐旱分子机里19-22
• 1.3.1 转录组测序技术及其优点19-21
• 1.3.2 基于RNA-Seq的植物耐旱分子机理研究21-22
• 1.4 植物ABA合成及信号转导关键酶基因耐旱研究22-23
• 1.5 立题依据及研究方案23-25
• 1.5.1 立题依据23-24
• 1.5.2 主要研究内容24
• 1.5.3 研究方案24-25
• 第二章 茶树对干旱胁迫和复水的生理响应25-34
• 2.1 材料与方法25-26
• 2.1.1 实验材料、生境及胁迫处理25-26
• 2.1.2 生理测定26
• 2.1.3 数据分析26
• 2.2 结果与分析26-32
• 2.2.1 土壤水分和叶形态状态反映干旱胁迫程度26-28
• 2.2.2 脂质过氧化28
• 2.2.3 激素响应28-29
• 2.2.4 可溶性糖及脯氨酸含量变化29
• 2.2.5 抗氧化酶活性变化29-30
• 2.2.6 干旱胁迫及复水期8个生理指标间的相关性30
• 2.2.7 室内和年度室外重复试验验证室外试验结果30-32
• 2.3 讨论32-34
• 2.3.1 干旱胁迫及复水下两个茶树品种的相似生理响应32
• 2.3.2 干旱胁迫及复水下茶树品种间的不同生理响应32-34
• 第三章 基于转录组学的茶树耐旱分子机理研究34-59
• 3.1 材料与方法34-39
• 3.1.1 实验材料、生境、胁迫处理及总RNA提取34-35
• 3.1.2 Illumina c DNA文库构建及测序35
• 3.1.3 数据预处理和从头拼接35-36
• 3.1.4 Unigenes功能注释和分类36
• 3.1.5 预测蛋白编码框和转录因子分析36
• 3.1.6 差异表达unigenes的表达分析和KEGG分析36
• 3.1.7 部分差异表达基因的qRT-PCR表达分析36-38
• 3.1.8 不同品种间5个耐旱相关基因的表达模式38-39
• 3.2 结果与分析39-55
• 3.2.1 RNA-Seq和拼接39-41
• 3.2.2 Unigenes功能注释与分类41-42
• 3.2.3 干旱胁迫前后差异表达基因参与的代谢途径分析42-44
• 3.2.4 蛋白编码序列预测44-45
• 3.2.5 差异表达基因及其qRT-PCR验证45-48
• 3.2.6 干旱胁迫和复水下茶树激素代谢及其信号转导48-49
• 3.2.7 蛋白激酶、蛋白磷酸酶对干旱胁迫和复水的响应49
• 3.2.8 转录因子对干旱胁迫和复水的响应49-50
• 3.2.9 干旱胁迫和复水下非结构性碳水化合物和脯氨酸代谢变化50-51
• 3.2.10 干旱胁迫与复水下茶树ABA调控气孔运动51-53
• 3.2.11 干旱胁迫与复水下5个耐旱相关基因的表达水平及其与相应生理指标之间的相关性53-55
• 3.3 讨论55-59
• 3.3.1 茶树对干旱胁迫和复水信号的转导55-56
• 3.3.2 茶树对干旱胁迫和复水的转录调控56-57
• 3.3.3 茶树对干旱胁迫和复水的渗透调节57
• 3.3.4 茶树5个耐旱基因对干旱胁迫及复水的响应及作用57-59
• 第四章 茶树ABA合成和信号转导关键酶基因克隆表达59-77
• 4.1 材料与方法59-66
• 4.1.1 实验材料、生境、胁迫处理及总RNA提取59
• 4.1.2 主要试剂59-60
• 4.1.3 目的基因cDNA的全长克隆60-65
• 4.1.4 目的基因生物信息学分析65-66
• 4.1.5 目的基因qRT-PCR表达分析66
• 4.2 结果与分析66-75
• 4.2.1 目的基因cDNA全长克隆66-67
• 4.2.2 目的基因编码产物氨基酸序列分析67-71
• 4.2.3 氨基酸多序列相似性和同源性分析71-74
• 4.2.4 干旱胁迫及复水下两个品种目的基因表达分析74-75
• 4.3 讨论75-77
• 第五章 全文结论与展望77-79
• 5.1 全文结论77
• 5.2 展望77-79
• 参考文献79-94
• 致谢94-95
• 作者简历95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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