發(fā)布時(shí)間：2019-11-24 11:47

【摘要】：水資源短缺是制約我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因子。實(shí)現(xiàn)有限水資源的高效利用,提高植物水分利用效率(Water use efficiency,WUE),是實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。本研究以WUE差異顯著的蘋果品種資源為材料,利用iTRAQ蛋白組學(xué)技術(shù),結(jié)合生理指標(biāo)分析,研究了調(diào)控蘋果WUE的主要生物學(xué)途徑及關(guān)鍵基因,并對(duì)所發(fā)現(xiàn)的基因進(jìn)行了功能鑒定。1.以干旱下WUE存在差異的兩個(gè)蘋果(Malus domestica Borkh.)品種‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’為材料,進(jìn)行長(zhǎng)期干旱處理后的研究結(jié)果表明,與正常供水植株相比,長(zhǎng)期干旱處理提高了‘秦冠’葉片水平上的水分利用效率(WUEi),但‘長(zhǎng)富-2’的沒有得到提高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)干旱下‘秦冠’的WUEi大于‘長(zhǎng)富-2’,主要是由于其較高的凈光合速率引起的。為研究‘秦冠’蘋果干旱下高WUE的調(diào)控機(jī)制,利用iTRAQ技術(shù)對(duì)正常供水和長(zhǎng)期干旱處理的‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’蘋果葉片進(jìn)行了比較蛋白組學(xué)分析,結(jié)合生理特性調(diào)查,研究了‘秦冠’蘋果干旱下高WUE的主要調(diào)控途徑和關(guān)鍵基因,為通過分子手段和基因工程培育高WUE蘋果新品種提供理論依據(jù)。從兩個(gè)品種葉片中共鑒定到4078個(gè)蛋白,其中,2864個(gè)蛋白有iTRAQ定量信息。與正常供水植株葉片相比,594個(gè)蛋白在長(zhǎng)期干旱處理的葉片中含量發(fā)生變化。干旱處理‘秦冠’蘋果葉片中含量發(fā)生變化的蛋白中,參與光合途徑的數(shù)目最多,表明干旱下通過對(duì)光合途徑進(jìn)行調(diào)控從而維持較高的凈光合速率對(duì)于提高蘋果WUE起關(guān)鍵作用。結(jié)果表明,干旱下‘秦冠’蘋果維持高WUE的主要機(jī)制包括:提高卡爾文循環(huán)途徑中關(guān)鍵酶的含量以維持較高的凈光合速率;對(duì)光反應(yīng)過程蛋白進(jìn)行調(diào)控,有利于維持干旱下光合電子傳遞鏈電子與能量的正常運(yùn)轉(zhuǎn),穩(wěn)定光合電子傳遞,同時(shí)保證暗反應(yīng)原料和能量的供應(yīng);光反應(yīng)過程電子傳遞和能量運(yùn)轉(zhuǎn)的有效調(diào)控,結(jié)合光呼吸和氧化還原系統(tǒng)的調(diào)控,避免了光抑制的發(fā)生和過多活性氧的產(chǎn)生,從而避免對(duì)光合器官造成損害,保持光合組織的正常功能,保證較高的凈光合速率。除光合途徑有效調(diào)控的主導(dǎo)作用外,非生物逆境脅迫響應(yīng)蛋白是在干旱處理‘秦冠’葉片中含量上升的第二大類蛋白,其中熱激蛋白數(shù)量最多。其次有糖代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程蛋白等,這些蛋白的調(diào)控有助于植物更好的適應(yīng)干旱脅迫,緩解逆境傷害。2.蛋白組學(xué)檢測(cè)中鑒定到MdAGO4.1蛋白含量在干旱處理的‘秦冠’蘋果葉片中上調(diào),MdAGO4.1蛋白是Argonaute(AGO)家族成員,AGO是小RNA引導(dǎo)的基因沉默途徑的重要參與者,而小RNA介導(dǎo)的基因沉默在植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫過程中起重要作用。本研究從蘋果基因組中鑒定到16個(gè)MdAGO基因,分為3個(gè)亞族,對(duì)其染色體定位、基因內(nèi)含子/外顯子結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)發(fā)生(進(jìn)化)關(guān)系和保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了分析。qRT-PCR結(jié)果表明,MdAGO基因受干旱、鹽、冷脅迫及ABA處理的誘導(dǎo),表明可以作為通過分子手段提高蘋果抗逆性的候選基因。結(jié)合‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’的蛋白組研究結(jié)果和MdAGO4.1在WUE存在差異的蘋果品種葉片中的基因表達(dá)分析(干旱處理后,MdAGO4.1基因表達(dá)水平在‘秦冠’中上調(diào),在‘長(zhǎng)富-2’蘋果中沒有變化,這與干旱對(duì)兩個(gè)品種WUE及葉片中MdAGO4.1蛋白含量變化的影響一致),認(rèn)為MdAGO4.1可能對(duì)蘋果長(zhǎng)期干旱下的WUE有調(diào)控作用。本項(xiàng)研究為蘋果中MdAGO基因參與植株逆境響應(yīng)的調(diào)控提供了一定證據(jù),并為蘋果中Argonaute家族功能研究提供了依據(jù)。3.蛋白組學(xué)檢測(cè)鑒定到MdPYL9蛋白含量在干旱處理的兩個(gè)品種蘋果葉片中上調(diào),MdPYL9蛋白是PYR/PYL/RCAR(簡(jiǎn)稱PYL)家族成員,PYL是ABA受體,在ABA信號(hào)途徑上游起關(guān)鍵作用,而ABA信號(hào)途徑在植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫過程中起重要作用。本研究從蘋果中鑒定到14個(gè)MdPYL基因,分為3個(gè)亞族,對(duì)其染色體定位、基因內(nèi)含子/外顯子結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)發(fā)生(進(jìn)化)關(guān)系和保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了分析。qRT-PCR結(jié)果表明,MdPYL基因受干旱、鹽、冷脅迫及ABA處理的誘導(dǎo),表明其可以作為改善蘋果非生物逆境抗性的候選基因。結(jié)合‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’的蛋白組學(xué)研究結(jié)果和MdPYL9在不同品種蘋果葉片中的基因表達(dá)分析(干旱處理后,MdPYL9表達(dá)水平在‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’中都上調(diào),且MdPYL9蛋白含量在長(zhǎng)期干旱后的‘秦冠’和‘長(zhǎng)富-2’葉片中都上調(diào)),認(rèn)為MdPYL9參與蘋果對(duì)長(zhǎng)期干旱處理的響應(yīng)調(diào)控。對(duì)MdPYL1、MdPYL5、MdPYL7、MdPYL9進(jìn)行了分子克隆。將蛋白組數(shù)據(jù)檢測(cè)到上調(diào)并經(jīng)過qRT-PCR驗(yàn)證的MdPYL9基因在‘GL-3’蘋果中過表達(dá)。對(duì)過表達(dá)蘋果植株進(jìn)行50μM ABA處理,結(jié)果表明,與對(duì)照植株相比,過表達(dá)MdPYL9提高了蘋果植株在該濃度ABA處理下的生長(zhǎng),而干旱下植物體內(nèi)ABA含量上升,所以推測(cè)過表達(dá)MdPYL9會(huì)提高干旱下植株的生長(zhǎng),達(dá)到較高的WUE。本研究為蘋果中MdPYL基因參與植株非生物逆境響應(yīng)、干旱適應(yīng)性和干旱下WUE的調(diào)控提供了一定證據(jù),并為蘋果中PYL家族的深入研究提供了依據(jù)。
【圖文】：

圖 2-1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和工作流程Fig. 2-1 Experimental design and schematic diagram of the workflo和處理西楊凌（34°20′N, 108°24′E）西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)園藝‘秦冠’（M. domestica Borkh. cv. ‘Qinguan’）和‘長(zhǎng)富-2’（M.d

圖 2-2 蘋果葉片氣體交換參數(shù)QG-CK：正常供水‘秦冠’；QG-D：干旱處理‘秦冠’；CF-CK：正常供水‘長(zhǎng)富-2；’CF-D：干旱處‘長(zhǎng)富-2’不同小寫字母表示顯著性差異（p ≤0.05，Duncan’s tests）Fig. 2-2 Gas exchange parameters of four treatments leavesQG-CK: well-watered cv.‘Qinguan’; QG-D: drought-stressed cv.‘Qinguan’; CF-CK: well-watere
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S661.1
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本文編號(hào)：2565421