榛子(Corycus spp.)的敗育現(xiàn)象是影響我國榛子收獲產(chǎn)量的重要原因之一,但引起榛子敗育的成因機(jī)理并不明確。在其他植物中已經(jīng)報(bào)道鈣對(duì)植物的生長發(fā)育有著重要的影響。為探尋鈣元素在榛子果實(shí)發(fā)育過程中的生理及分子作用機(jī)制,本試驗(yàn)以當(dāng)?shù)刂髟云贩N達(dá)維為試材,通過正常發(fā)育與敗育果實(shí)中轉(zhuǎn)錄組與蛋白組的差異比較,分析導(dǎo)致果實(shí)敗育的分子機(jī)制并挖掘調(diào)控果實(shí)發(fā)育的鈣相關(guān)基因。同時(shí)利用加權(quán)共表達(dá)分析方法構(gòu)建了不同發(fā)育時(shí)期的鈣調(diào)控網(wǎng)絡(luò),闡述了鈣在各個(gè)時(shí)期主要參與的生理活動(dòng)。此外,利用不同鈣處理?xiàng)l件下的基因表達(dá)譜進(jìn)一步驗(yàn)證了鈣處理果實(shí)對(duì)鈣調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的影響,并且明確不同濃度CaCl2溶液的噴施對(duì)果實(shí)生長發(fā)育及成果率的影響,驗(yàn)證了生物信息學(xué)的部分結(jié)論。為鈣元素對(duì)果實(shí)發(fā)育的機(jī)理研究提供理論依據(jù),同時(shí)為榛子的高產(chǎn)育種及栽培提供理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:(1)通過轉(zhuǎn)錄組和蛋白組分析獲得了引起果實(shí)敗育的分子機(jī)制。本試驗(yàn)以正常發(fā)育果實(shí)為對(duì)照,敗育果實(shí)為處理,進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組和蛋白組測序。在轉(zhuǎn)錄組測序中,獲得了2970個(gè)上調(diào)基因,1384個(gè)下調(diào)基因,GO和KEGG富集結(jié)果顯示,葉綠體及光合作用的基因在正常發(fā)育的果實(shí)中顯著高表達(dá)。在蛋白組分析中,鑒定出敗育果實(shí)中上調(diào)表達(dá)的差異表達(dá)蛋白237個(gè),下調(diào)表達(dá)的差異表達(dá)蛋白376個(gè)。GO和KEGG富集分析結(jié)果表明,正常發(fā)育果實(shí)中與光合作用、激素相關(guān)通路、逆境應(yīng)激響應(yīng)、能量代謝、氨基酸代謝、碳水化合物代謝及脂類代謝相關(guān)的基因顯著高表達(dá)。對(duì)敗育與正常發(fā)育果實(shí)的差異表達(dá)基因和差異表達(dá)蛋白進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析,正常發(fā)育果實(shí)中高表達(dá)的基因/蛋白有8個(gè)GO term和3個(gè)KEGG通路在RNA和蛋白水平均顯著富集。(2)本研究獲得了在果實(shí)發(fā)育過程中起重要調(diào)節(jié)作用的鈣相關(guān)基因。利用轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果,獲得了差異表達(dá)的EF手型鈣結(jié)合蛋白基因,鈣調(diào)蛋白、類鈣調(diào)蛋白及鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶均在敗育的果實(shí)中上調(diào)表達(dá)。在蛋白組的分析中,共發(fā)現(xiàn)了可能與榛子果實(shí)發(fā)育相關(guān)的31個(gè)差異表達(dá)的鈣相關(guān)的蛋白,包括鈣調(diào)蛋白、類鈣調(diào)蛋白及鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶等。對(duì)轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的鈣相關(guān)蛋白進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,有3個(gè)鈣相關(guān)基因在mRNA/蛋白水平同時(shí)高表達(dá),包括1個(gè)類鈣調(diào)蛋白、1個(gè)鈣敏感受體及1個(gè)光系統(tǒng)Ⅱ增氧增強(qiáng)子蛋白2。(3)本研究構(gòu)建了不同發(fā)育時(shí)期的鈣調(diào)控網(wǎng)絡(luò),闡述了鈣在各個(gè)時(shí)期主要參與的生理活動(dòng),并利用不同鈣處理?xiàng)l件下的基因表達(dá)譜進(jìn)一步驗(yàn)證了鈣處理果實(shí)對(duì)鈣調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的影響。未授粉的雌蕊花序樣品(F)、授粉后開始發(fā)育的幼果簇雌蕊花序樣品(S)、早期胚珠形成的雌蕊花序樣品(T)及胚珠生長已經(jīng)完成的果簇樣品(F0)四個(gè)發(fā)育時(shí)期的WGCNA結(jié)果表明,22個(gè)模塊中brown模塊與T期密切相關(guān),yellow模塊與S期密切相關(guān)。分析鈣相關(guān)基因在各模塊的分布,發(fā)現(xiàn)鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因富集前三位的模塊分別為blue模塊、red模塊及brown模塊。對(duì)富集于不同模塊的基因進(jìn)行GO和KEGG富集分析,詮釋了各模塊基因所對(duì)應(yīng)的功能和代謝途徑。對(duì)授粉后的榛子進(jìn)行不同濃度CaCl2溶液的噴施處理,并選取S期特異的yellow模塊進(jìn)行調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證,結(jié)果顯示了調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的可信性。(4)在花期噴施鈣能夠顯著提高榛子幼果生長關(guān)鍵期的鈣元素含量及幼果的果實(shí)直徑大小,同時(shí)能夠提高榛子的平均果實(shí)數(shù)量及坐果率。且研究發(fā)現(xiàn),榛子幼果含鈣量與果實(shí)成熟期果簇的平均果實(shí)數(shù)量及坐果率均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與果實(shí)成熟期的每個(gè)果簇中敗育果實(shí)數(shù)量及敗育率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。驗(yàn)證了生物信息學(xué)的部分結(jié)論。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：Q943.2
【部分圖文】：

平歐雜交棒“達(dá)維”allvnigene注釋結(jié)果統(tǒng)計(jì)

差異?

．５差異表達(dá)基因ＧＯ富集分析逡逑為進(jìn)一步闡明敗育與正常發(fā)育果實(shí)的差異表達(dá)基因的功能，解釋引起敗育的因｜ｌｏｇ２ＦｏｌｄＣｈａｎｇｅ（ＤＷ－Ｗ／ＤＷ－Ｔ）｜＞ｌ且Ｐａｄｊ＜０．０５標(biāo)準(zhǔn)篩選的上調(diào)和下調(diào)差異表達(dá)進(jìn)行Ｇ０富集分析。以／Ｋ０．０１作為富集顯著性的判斷標(biāo)準(zhǔn)，上調(diào)的２９７０個(gè)基因，過程（ＢＰ）分類下的Ｇ０條目中，共有５９個(gè)條目顯示顯著富集（圖６）；在分

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