低温胁迫下两种桉树的生理响应特征及转录表达差异研究

发布时间：2017-08-19 22:03

  本文关键词：低温胁迫下两种桉树的生理响应特征及转录表达差异研究

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【摘要】：低温是限制植物自然分布和栽培区带的主要因素之一,也是世界各国的自然灾害之一。因此,研究低温胁迫对植物的伤害作用及其机理、探索植物抗冷冻机制及其预防措施,不仅对于引种栽培具有理论上的指导意义,而且对于发展培育较多品种的抗寒植物,增加我国寒冷地区植物的生物学产量和经济学产量具有广泛的应用价值。本研究选择我国栽培面积较广的尾巨桉(E. urophylla×E.grandis)和邓恩桉(E. Dunnii)为实验材料,通过田间栽培驯化,利用生物化学手段和转录测定及RNA-seq技术,从田间表现、室内测试的角度对两种桉树响应低温胁迫的生理生化和转录机制进行了较为深入的研究,研究结果如下： 1)研究发现,在田间尾巨和邓恩桉对低温表现出不同的耐寒适应特性,室内实验低温胁迫下两种桉树的抗氧化酶SOD活性与CAT含量均呈现明显上升趋势,表明抗氧化系统在清除氧自由基、抑制膜脂过氧化方面具有重要作用。实验结果分析表明,在低温下邓恩桉的抗氧化酶SOD. CAT活性高于尾巨桉,MDA含量要低于尾巨桉,这在一定程度上证明邓恩桉具有较强的低温适应性能力。 2)研究发现,尾巨桉和邓恩桉应答低温胁迫的差异基因。利用RNA-seq分别测试分析了冷胁迫(4℃)处理0h和3h的顶芽组织耐寒转录组数据,分别获得4,622,325,196、4,630,278,946、4,725,887,970和4,026,518,318对长度为100bp的Reads。5种常用的转录组数据组装软件比较分析,结果显示Trinity最适合用于桉树转录组数据组装,最终产生了101,325条转录本(≥200bp),N50为1,134bp、平均长度为1,946bp,总容量为114.9Mb。在这些转录本中,64,590(63.74%)条转录本由功能数据库成功注释。去除两个桉树品种基因型的背景差异后,筛选到8,154个差异表达基因(DETs),这些基因可能与特定基因型的分子响应相关。对这些差异基因进行功能聚类分析结果表明"Response to stress"是显著富集的GO条目。此外,根据注释信息和结构域预测,在8,154差异表达转录本中,鉴定了253个编码转录因子的转录本,如NAC和MYB家族成员等,68个编码蛋白激酶的转录本,表明上游调控元件参加了冷胁迫的响应。 3)研究发现,邓恩桉响应不同时间冷胁迫的转录组差异。邓恩桉幼苗分别进行4℃冷处理0h,3h,6h,12h以及24h,并进行转录组测序,共获得205,325条转录本(≥300bp),平均长度为1,701.6bp,N50值为2,827bp,容量为289Mb的桉树转录组数据库。用Blast2GO软件对桉树总转录组的205,325条转录本进行功能注释,134,358条转录本(65.4%)的获得注释信息。不同处理时间邓恩桉树转录组差异分析结果表明,在0h vs3h、0h vs6h、0h vs12h、0h vs24、3h vs6h、3h vs12h、3h vs24h、6h vs12h、6h vs24h和12h vs24h10个比较数据组差异表达基因数目(Log2FC=1, FDR0.5)分别为11,395,11,908,11,901,12,671,8,935,10,641,11,843,9,531、11,489、10,230。同时,研究发现,随着冷胁迫处理时间的延长,越来越多的基因参与到了冷胁迫响应过程中,且上调基因的比例逐渐增加,说明这些基因可能与邓恩桉的耐冷机制相关。差异基因富集分析显示,差异基显著富集在'Response to stress'和'Translational initiation'两个GO条目。此外,研究还发现了586条编码转录因子和169条涉及蛋白激酶的转录本在冷胁迫的过程中出现了显著性的差异表达。 4)本研究构建了邓恩桉与冷胁迫相关的较为完整的转录组数据库,该数据库将为后续的基因克隆及其功能研究提供宝贵的资源,也将为桉树耐寒机理、遗传改良提供分子生物学信息。
【关键词】：桉树 转录组 基因注释 GO富集 差异表达 转录因子 蛋白激酶
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S792.39
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-22
• 1.1 桉树生态问题的研究11-13
• 1.1.1 桉树人工林水分研究11
• 1.1.2 桉树人工林养分研究11-12
• 1.1.3 桉树人工林化感作用研究12
• 1.1.4 桉树生态问题的结论12-13
• 1.2 耐寒桉树资源13-14
• 1.2.1 试验历史13
• 1.2.2 试验种源13-14
• 1.3 桉树耐寒性评价方法14-15
• 1.3.1 田间系统测试14
• 1.3.2 室内低温测试14-15
• 1.4 桉树耐寒生理响应15-16
• 1.4.1 桉树细胞膜透性与耐寒相关性15
• 1.4.2 桉树保护酶活性与耐寒相关性15
• 1.4.3 细胞渗透物质与耐寒相关性15-16
• 1.5 桉树耐寒分子机制16-18
• 1.5.1 国内外桉树耐寒相关基因的研究进展16
• 1.5.2 抗寒基因表达谱的研究16-17
• 1.5.3 国内外桉树耐寒分子育种研究进展17-18
• 1.6 转录组测序技术在植物转录研究中的应用18-19
• 1.6.1 DNA测序技术的发展史18-19
• 1.6.2 第二代测序技术在植物转录组研究中的应用19
• 1.7 研究目的意义19-22
• 第二章 邓恩桉和尾巨桉耐寒形态及生理指标测定22-29
• 2.1 材料与方法23-25
• 2.1.1 植物材料23
• 2.1.2 研究方法23-25
• 2.2 结果与讨论25-29
• 2.2.1 田间鉴定评价25-26
• 2.2.2 室内耐寒测定评价26-29
• 第三章 邓恩桉与尾巨桉转录组差异表达分析29-55
• 3.1 材料与方法31-40
• 3.1.1 研究材料31-32
• 3.1.2 研究方法32-40
• 3.2 结果与分析40-50
• 3.2.1 邓恩桉和尾巨桉的转录组测序40-41
• 3.2.2 低温胁迫下邓恩桉和尾巨桉的转录组功能注释分析41-44
• 3.2.3 邓恩桉和尾巨桉转录组差异表达分析44-46
• 3.2.4 通过qRT-PCR对RNA-Seq结果验证46-50
• 3.3 讨论50-55
• 3.3.1 de novo组装质量的评估50
• 3.3.2 冷应答基因的筛选50-53
• 3.3.3 转录调节是响应冷胁迫的主要方式53-55
• 第四章 邓恩桉响应低温差异基因表达谱分析55-74
• 4.1 研究方法57
• 4.1.1 植物材料57
• 4.1.2 研究方法57
• 4.2 结果57-68
• 4.2.1 不同胁迫时间下邓恩桉生理指标变化57-58
• 4.2.2 de novo组装58-59
• 4.2.3 组装序列的ORF预测59-60
• 4.2.4 组装序列的功能注释60-61
• 4.2.5 不同程度冷胁迫邓恩桉转录组差异分析61-65
• 4.2.6 差异表达基因的GO/KEGG富集分析65-68
• 4.2.7 邓恩桉冷响应相关的转录因子和蛋白激酶68
• 4.3 讨论68-74
• 4.3.1 脯氨酸代谢和喹啉类生物碱的生物合成68-70
• 4.3.2 胁迫响应和转录抑制相关转录本70
• 4.3.3 转录因子类在邓恩桉抗寒中的作用70-74
• 结论74-76
• 参考文献76-86
• 附录86-102
• 致谢102-104
• 作者简历104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：703155