盐胁迫下玉米种子萌发机理的新探索

发布时间：2020-11-06 13:20

　　 玉米是我国乃至世界上种植最为广泛的粮食作物之一,种植面积仅次于小麦和水稻。玉米在生产生活中扮演了非常重要的角色。种子萌发是一个受到多种因素调控的生物过程,通过种子萌发,成熟种子的胚根可以穿破种皮萌发长成幼苗,玉米种子的萌发关系到玉米产量的稳定。影响玉米种子萌发的因素有很多,包括植物激素、环境胁迫例如盐胁迫等。而其中盐胁迫对玉米种子萌发的影响正是本实验研究的重点。我国的盐碱地面积近一亿公顷,大多分布在北方地区,与我国的玉米产区重合,对于玉米种子在萌发过程中对盐胁迫响应的探究有助于我国北方玉米主产区的产量的稳产和高产。单子叶植物和双子叶植物在种子形态上有巨大差异,单子叶植物有较厚的胚乳层将胚包裹,而在双子叶植物成熟的种子中基本没有胚乳层,因此以拟南芥为模式植物的研究结果不能完全被玉米研究借鉴。所以我们选取玉米为材料,来研究胚乳和胚在萌发过程中尤其是在逆境条件下萌发过程中的功能和相互调节的机理。我们通过一系列生理生化、分子生物学和生物信息学手段研究了NaCl胁迫条件下玉米萌发的调控机理。我们得到以下结果:(1)通过对表型进行观察统计分析,发现单独的胚能够在200 mM NaCl处理下萌发,而完整的种子则受到盐胁迫的高度抑制不能萌发。这暗示了玉米胚乳可能在盐胁迫信号的感知和盐胁迫信号向周围组织(例如玉米的胚)的传递中发挥作用。(2)通过免疫荧光方法分析了玉米种子内ABA在不同组织内的分布,结果表明,在NaCl处理下,离体的胚中的ABA水平没有明显上升,表明ABA水平的升高依赖于玉米种子的胚乳。(3)通过使用转录组测序和基于SWATH-MS的定量蛋白质组学等先进的分析技术,我们发现在盐胁迫下的胚和胚乳之间基因表达和蛋白质表达差异较少,但是它们之间存在大量的可变剪切和由这些剪切本编码的新蛋白,这表明在玉米萌发的早期响应盐胁迫的过程中,可变剪切的调控是进行这一过程的关键。(4)转录组结果还表明盐胁迫条件下,超过200个剪切因子和转录因子进行了大量的可变剪切。并且盐胁迫下有数十个剪接因子的蛋白质水平发生改变,这一结果为进一步的功能研究提供了有价值的线索。总的来说,我们的结果表明,玉米通过胚乳感受到盐胁迫并作出响应;可变剪切可在玉米种子萌发期间对盐胁迫的早期响应过程中起重要作用。但是,在胚和胚乳之间的信号转导的机制仍有待阐明。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S513
【部分图文】：

山东农业大学硕士学位论文33图3-1盐胁迫抑制玉米的萌发（A）在用0mM、50mM、100mM、150mM和200mM的NaCl处理后，玉米自交系B73的种子萌发的表型。（B）玉米种子在不同浓度盐处理后1-4d的萌发率统计。数据代表三个重复样本的平均值±SEM，A和B中各有50个种子。不同的字母代表差异的显著性（基于Student’sT-test，P<0.05）。Fig.3-1SaltStressinhibitedseedgermination.(A)Phenotypeoftheseedgerminationofwild-type(B73)afterimbibitionwith0,50,100,150and200mMNaCl.(B)Germinationrateofmaizeseedsfor1-4days.NG=Nogermination.Datarepresentthemeans±SEMofthreereplicates,with50seedseachinAandB.Differentlettersrepresentsignificantlydifferences(P<0.05,basedonStudent’sT-test).图3-2不同胁迫和不同激素处理下不同部位玉米种子的萌发率。

山东农业大学硕士学位论文33图3-1盐胁迫抑制玉米的萌发（A）在用0mM、50mM、100mM、150mM和200mM的NaCl处理后，玉米自交系B73的种子萌发的表型。（B）玉米种子在不同浓度盐处理后1-4d的萌发率统计。数据代表三个重复样本的平均值±SEM，A和B中各有50个种子。不同的字母代表差异的显著性（基于Student’sT-test，P<0.05）。Fig.3-1SaltStressinhibitedseedgermination.(A)Phenotypeoftheseedgerminationofwild-type(B73)afterimbibitionwith0,50,100,150and200mMNaCl.(B)Germinationrateofmaizeseedsfor1-4days.NG=Nogermination.Datarepresentthemeans±SEMofthreereplicates,with50seedseachinAandB.Differentlettersrepresentsignificantlydifferences(P<0.05,basedonStudent’sT-test).图3-2不同胁迫和不同激素处理下不同部位玉米种子的萌发率。

山东农业大学硕士学位论文353C）。我们在这些信号通路中发现，参与上述信号通路发生差异剪切的基因在胚和胚乳中具有差异性和统一性（图3-3D）。以上结果表明，在早期的盐胁迫信号响应过程中，玉米种子的胚和胚乳在盐胁迫下起不同的作用。而且，可变剪切有可能是玉米响应盐胁迫主要调控方式。图3-3盐胁迫下下玉米萌发期间差异表达基因（DEGs）和差异剪切（DPTEs）的比较（A）用水（CE或CR）和200mMNaCl（SE或SR）处理的胚（E）和胚乳（R）组织中DEG和DAS事件之间的数据集比较的韦恩图。（B）所有样品中DPTE的鉴定分类。ATS，可变转录起始；APA，可变聚腺苷酸化；ALE，可变3’外显子；AFE，可变5’外显子；SKIP，外显子跳跃；IR，内含子保留；MSKIP，多外显子跳跃；MIR，多内含子保留；AE5’，可变供体；AE3’，可变受体。（C）胚和胚乳组织中DEG和DPTE的KEGG途径富集分析。其中
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本文编号：2873190