油菜发芽期耐盐评价、筛选与盐胁迫下根转录组分析

发布时间：2017-09-17 00:24

  本文关键词：油菜发芽期耐盐评价、筛选与盐胁迫下根转录组分析

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【摘要】：土壤盐碱化严重降低作物生产力,是当今世界农业面对的一个巨大难题。研究表明,提高作物的耐盐能力是解决这一矛盾的最高效方式。油菜是世界上最重要的油料作物之一,是我国第一大油料作物,在国产油料作物产油量中占50%以上份额,在维护我国“食物安全”中具有重要作用。世界上干旱与半干旱地区的油菜产区,盐害导致油菜产量降低最高可达60%。本研究对不同油菜品系进行发芽期盐胁迫处理,在耐盐鉴定方法、种质筛选和分子机制上都进行了探索,取得了以下研究结果:(1)采用梯度盐浓度(Na Cl)于发芽期胁迫不同遗传背景的甘蓝型油菜品系后发现:(a)随着盐胁迫浓度的增加,油菜发芽率呈Boltzmann曲线变化,214 mmol/L为鉴定甘蓝型油菜品系耐盐性的最适盐浓度。(b)盐胁迫影响发芽率、发芽势、根长、胚轴长、单株鲜重和地上鲜重等六个性状值。各品系性状值受盐胁迫抑制程度不同,耐盐性差异显著。(2)评价了67个现有甘蓝型油菜推广品种的耐盐性,测定了11个相关性状值并采用主成分分析法和聚类分析法对参试品种进行耐盐性综合评判,并筛选耐盐种质资源。结果表明:(a)盐胁迫下参试品种的耐盐性均具有显著差异。(b)杂交品种的耐盐性显著强于常规品种,而来自长江流域上、中、下游油菜产区的品种在耐盐性上无显著性差异。(c)主成分分析法和聚类分析法对参试品种耐盐性的评价结果基本一致。中油821、耐盐1号为高度耐盐品种(系),而湘油15号、华双3号等高度盐敏感品种。(3)为了探索芸薹属三个栽培种(甘蓝型油菜、芥菜型油菜和白菜型油菜)的耐盐能力并筛选获得耐盐种质,对三个栽培种共203份资源材料进行盐胁迫发芽试验,结果表明:(a)从发芽率上看,白菜型油菜耐盐能力最强,甘蓝型油菜次之,芥菜型油菜最差。(b)进一步联合根长、胚轴长、单株鲜重、地上鲜重、叶绿素含量和电导率等六个性状值比较,鉴定并筛选到白菜型油菜Br2、甘蓝型油菜Bn1和Bn3等3份最耐盐种质。(4)对耐盐油菜品系WH126进行对照(H2O)和盐(214 mmol/L Na Cl溶液)处理后发现,盐胁迫显著抑制其根系生长。通过两个处理下四个不同时间点(0小时、3小时、12小时和24小时)的油菜根系进行数字基因表达谱(Digital Gene Expression,DGE)测序分析,获得了甘蓝型油菜在盐胁迫下的基因转录信息。进一步通过与已经公开的白菜型油菜基因组序列进行比对,每个基因文库得到大于3万个同源基因的转录信息。将两个处理下三个相同时间点(3小时、12小时和24小时)的基因表达水平进行比较,分别得到了1704、1477和1626个差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEG)。通过对三个时间点差异基因选取交集,获得了163个持续对盐胁迫响应的候选基因。GO和KEGG分析表明,参与脯氨酸代谢、肌醇代谢、糖代谢和氧化还原过程的基因可能参与油菜发芽期的耐盐过程,这些基因包括脯氨酸脱氢酶基因(Pro DH)、Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(P5CS)、肌醇加氧酶基因(MIOX)、细胞色素P450、2-酮戊二酸铁Ⅱ(Fe2+)依赖性加氧酶基因(2OG oxygenase)、木葡聚糖转移酶基因(XTH)等。对这些候选基因的深入分析可能为油菜的耐盐分子机制提供有益的参考。
【关键词】：油菜 耐盐 种质筛选 差异表达基因
【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】：S565.4
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-12
• 英文缩略表12-14
• 第一章 引言14-33
• 1.1 世界及中国土地的盐碱化现状14-15
• 1.2 盐碱地的改良技术与方法15
• 1.3 盐土农业15-16
• 1.4 油菜的基本情况16-19
• 1.5 盐胁迫对植物（作物）的伤害19-21
• 1.5.1 盐胁迫产生的两大效应19-20
• 1.5.2 盐胁迫对植物生长发育的影响20-21
• 1.6 植物对盐害的适应机制21-22
• 1.6.1 耐渗透胁迫机制21
• 1.6.2 耐离子胁迫（拒盐、耐盐和离子区域化）21-22
• 1.6.3 清除活性氧（ROS）的膜保护系统22
• 1.7 耐盐作物筛选22-25
• 1.7.1 耐盐鉴定方法22-23
• 1.7.2 耐盐评价分析方法23
• 1.7.3 耐盐种质筛选23-25
• 1.8 植物耐盐分子生物学研究25-28
• 1.8.1 耐盐转录组研究25-26
• 1.8.2 耐盐基因克隆26-28
• 1.9 芸薹属（包括甘蓝型油菜）耐盐相关研究进展28-31
• 1.9.1 芸薹属不同物种的耐盐性比较及各个油菜栽培种的耐盐种质筛选28-29
• 1.9.2 耐盐芸薹属品种研究29-31
• 1.10本研究的目的和意义31-32
• 1.11实验技术路线32-33
• 第二章 甘蓝型油菜发芽期耐盐性的初步研究33-41
• 2.1 材料与方法33-34
• 2.1.1 材料33
• 2.1.2 方法33-34
• 2.2 结果与分析34-39
• 2.2.1 不同浓度盐胁迫下各品种相对发芽率的差异34-36
• 2.2.2 梯度浓度盐胁迫下油菜各性状相对值的变化。36
• 2.2.3 最适盐胁迫浓度下15个品系各生理指标的差异36-38
• 2.2.4 最适盐胁迫浓度下各品系生理指标的相关系数38
• 2.2.5 油菜15个品系的耐盐性聚类分析38-39
• 2.3 讨论39-41
• 2.3.1 油菜耐盐性鉴定方法及其最适浓度39
• 2.3.2 盐胁迫对不同生理指标的影响以及油菜耐盐性的评价39-41
• 第三章 甘蓝型油菜品种发芽期耐盐性评价与筛选41-52
• 3.1 材料与方法41-42
• 3.1.1 材料41
• 3.1.2 方法41-42
• 3.2 结果与分析42-49
• 3.2.1 油菜品种（系）发芽期对盐胁迫的响应。42-43
• 3.2.2 盐胁迫下油菜品系各性状相对值间的相关系数43-44
• 3.2.3 两种油菜品种类型（杂交种与常规种）的耐盐性比较44-45
• 3.2.4 不同地区品种（系）的耐盐性比较45
• 3.2.5 盐胁迫对油菜各性状影响情况的主成分分析45-48
• 3.2.6 油菜品种耐盐性的聚类分析48-49
• 3.3 讨论49-52
• 3.3.1 发芽期是评价鉴定作物耐盐性的重要时期49
• 3.3.2 性状差异反映了作物不同基因型的耐盐性49-50
• 3.3.3 作物耐盐性的鉴定方法及作物遗传改良50
• 3.3.4 甘蓝型油菜品种的耐盐性比较50-52
• 第四章 油菜三个栽培种发芽期耐盐性评价52-59
• 4.1 材料与方法52
• 4.1.1 材料52
• 4.1.2 方法52
• 4.2 结果与分析52-56
• 4.2.1 三个栽培种在盐胁迫下的发芽能力比较52-54
• 4.2.2 油菜三个栽培种发芽率的拟合曲线54-55
• 4.2.3 不同盐浓度下三个栽培种的性状值比较55
• 4.2.4 三个栽培种种质的耐盐性主成份分析及评价55-56
• 4.3 讨论56-59
• 4.3.1 三个栽培种的耐盐性比较56-58
• 4.3.2 油菜耐盐种质的利用58-59
• 第五章 油菜发芽期耐盐转录组研究59-75
• 5.1 材料与方法59-60
• 5.1.1 植物材料与盐胁迫处理59
• 5.1.2 根长测定59
• 5.1.3 RNA提取和文库构建59
• 5.1.4 序列分析59-60
• 5.1.5 实时定量PCR60
• 5.2 结果60-66
• 5.2.1 盐胁迫对甘蓝型油菜根系发育的影响60-61
• 5.2.2 测序与数据分析61-62
• 5.2.3 盐胁迫过程中基因表达概况62-64
• 5.2.4 候选基因表达模式64
• 5.2.5 盐胁迫相关DEG的GO和KEGG分析64-65
• 5.2.6 盐胁迫相关基因的确定65-66
• 5.2.7 利用定量PCR来进行DGE表达谱验证66
• 5.3 讨论66-75
• 5.3.1 转录组分析的时间点选择66-67
• 5.3.2 DGE测序数据的可靠性67
• 5.3.3 甘蓝型油菜的耐盐候选基因67-68
• 5.3.4 参与氧化还原反应的基因对盐胁迫有响应68-69
• 5.3.5 在糖代谢过程中具有功能的基因可能参与耐盐69-70
• 5.3.6 盐胁迫下根长发育受到抑制的可能机制70-75
• 第六章 结论75-78
• 参考文献78-91
• 附录91-95
• 致谢95-96
• 作者简历96

【参考文献】

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本文编号：866185