發(fā)布時間：2017-04-04 08:15

  本文關(guān)鍵詞：低溫處理對菜心花粉發(fā)育及相關(guān)基因表達(dá)的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：植物的繁殖依賴于有活力的花粉,而花粉的敗育會導(dǎo)致作物減產(chǎn)�；ǚ蹟∮卸喾N原因,大體可分為遺傳和環(huán)境兩個方面。研究表明,在植物生長發(fā)育過程中,開花期對溫度的要求最為嚴(yán)格,而由于花粉比雌蕊對溫度更敏感,溫度脅迫常首先導(dǎo)致花粉敗育。近年,氣候變化異常導(dǎo)致春季溫度變化異常,“倒春寒”的現(xiàn)象愈演愈烈,這極大的影響了白菜等春季開花植物的花粉發(fā)育,阻礙了制種和繁種工作的正常開展。因此,弄清楚低溫脅迫對植物花粉發(fā)育的影響,對于從理論上理解植物響應(yīng)外界脅迫的機理以及蔬菜等作物的育種和生產(chǎn)實踐都具有重要意義。本研究以菜心為材料,利用4℃低溫對開花期的花序分別進(jìn)行1 d、3 d、5d、7d的處理,通過對植株形態(tài)、結(jié)莢情況、花粉發(fā)育過程等的觀察,旨在探明開花期低溫處理對花粉發(fā)育的影響,在此基礎(chǔ)上,利用轉(zhuǎn)錄組測序分析低溫處理前后花蕾基因的表達(dá)變化,探索菜心花粉響應(yīng)低溫脅迫的分子機制。取得了如下結(jié)果：(1)通過細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)四分體時期和單核花粉發(fā)育時期的花蕾對4℃低溫的反應(yīng)較其他級別敏感,四分體時期又比單核花粉發(fā)育時期更為敏感。根據(jù)菜心花粉發(fā)育的特點將其分成五個時期：花粉母細(xì)胞時期、四分體時期、單核花粉發(fā)育時期、雙核花粉發(fā)育時期及三核花粉發(fā)育時期。隨后對處理過的各個發(fā)育時期的花藥進(jìn)行半薄切片和透射電鏡的觀察,運用苯胺藍(lán)對處于四分體時期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色,利用FDA檢測成熟花粉的生活力,以及進(jìn)行測交授粉、統(tǒng)計結(jié)莢率。發(fā)現(xiàn)低溫處理3d后四分體時期和單核花粉發(fā)育時期的花蕾即受影響,并隨著處理時間的延長而加重。其中四分體時期又比單核花粉發(fā)育時期更為敏感。在后期正常溫度生長中難以恢復(fù)正�；ǚ郯l(fā)育過程。(2)透射電鏡觀察及苯胺藍(lán)染色實驗發(fā)現(xiàn)在4℃低溫處理后,四分體時期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常,最終導(dǎo)致花粉敗育。通過透射電鏡觀察低溫處理后的花藥發(fā)育情況,發(fā)現(xiàn)四分體時期的花蕾經(jīng)過低溫處理后導(dǎo)致花粉壁發(fā)育不正常。對四分體時期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色觀察發(fā)現(xiàn),低溫處理后胼胝質(zhì)提前降解。半薄及超薄切片觀察發(fā)現(xiàn)與對照相比,低溫處理后絨氈層不能正常降解。由此可知,四分體時期對低溫處理影響最為敏感,該時期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常,最終導(dǎo)致花粉敗育。(3)通過對表型明顯的處理進(jìn)行轉(zhuǎn)綠組測序分析,發(fā)現(xiàn)1527個在低溫處理前后差異表達(dá)的基因,同時,還發(fā)現(xiàn)了1098個白菜參考基因組中未注釋的新基因,以及824個長鏈非編碼RNA (lncRNA),其中81個lncRNA在低溫處理前后具有差異表達(dá)。取4℃低溫處理對菜心花粉發(fā)育影響最嚴(yán)重的7d中最敏感的四分體時期的花蕾進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。發(fā)現(xiàn)1527個基因在處理組中與對照中差異表達(dá)。在這些差異表達(dá)基因中,找到了兩個在植物營養(yǎng)生長時期響應(yīng)低溫脅迫重要調(diào)控途徑(CBF調(diào)控途徑)中的關(guān)鍵基因：RD29A/COR78/LTI78和JAZ1。還發(fā)掘了白菜參考基因組中未注釋的1098個新基因。此外,鑒定得到824個lncRNA,其中81個在低溫處理前后具有差異表達(dá)。對這些差異表達(dá)的lncRNA進(jìn)行靶基因分析,找到了8個在營養(yǎng)生長時期響應(yīng)低溫脅迫的基因。它們分別是：ICE1、JAZ1、WRKY34、EIN3、MYB56、CAMTA1、CAMTA12和CAMTA13。
【關(guān)鍵詞】：低溫脅迫 菜心 花粉發(fā)育 細(xì)胞壁 胼胝質(zhì) 絨氈層 轉(zhuǎn)錄組測序
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S634.5
【目錄】：

• 致謝9-13
• 縮略詞13-14
• 摘要14-16
• Abstract16-19
• 前言19-22
• 1 文獻(xiàn)綜述：低溫脅迫對植物花粉發(fā)育的影響22-34
• 1.1 植物花粉發(fā)育23-27
• 1.1.1 小孢子發(fā)生23-24
• 1.1.2 雄配子體形成24
• 1.1.3 花粉發(fā)育的細(xì)胞學(xué)過程24-27
• 1.2 低溫脅迫對植物花粉發(fā)育的影響27-29
• 1.2.1 低溫脅迫對植物花粉發(fā)育影響最敏感的時期27
• 1.2.2 低溫脅迫對植物花粉壁的影響27-28
• 1.2.3 低溫脅迫對植物細(xì)胞器形成的影響28-29
• 1.2.4 低溫脅迫對花粉糖代謝的影響29
• 1.3 高低溫脅迫對植物花粉發(fā)育影響異同29-30
• 1.4 花粉響應(yīng)低溫脅迫分子機理研究進(jìn)展30-34
• 2 低溫處理對菜心花粉發(fā)育的影響34-57
• 2.1 實驗材料與方法34-36
• 2.1.1 實驗材料34
• 2.1.2 實驗設(shè)計34-35
• 2.1.3 溫度統(tǒng)計35
• 2.1.4 植株形態(tài)觀察35
• 2.1.5 花粉染色實驗35
• 2.1.5.1 胼胝質(zhì)染色35
• 2.1.5.2 花粉活力檢測35
• 2.1.6 花粉發(fā)育過程細(xì)胞學(xué)觀察35-36
• 2.1.7 植株結(jié)英統(tǒng)計36
• 2.2 結(jié)果與分析36-53
• 2.2.1 浙江省近5年溫度變化統(tǒng)計分析36-37
• 2.2.2 低溫處理對菜心植株形態(tài)的影響37
• 2.2.3 低溫處理對菜心花粉發(fā)育影響的細(xì)胞學(xué)觀察37-46
• 2.2.4 低溫處理對菜心花粉胼胝質(zhì)發(fā)育的影響46-47
• 2.2.5 低溫處理對菜心花粉生活力的影響47-50
• 2.2.6 低溫處理后菜心結(jié)莢情況統(tǒng)計50-53
• 2.3 討論53-57
• 2.3.1 開花期低溫處理對菜心花粉發(fā)育四分體時期影響最明顯53
• 2.3.2 開花期低溫處理導(dǎo)致花粉敗育可能是由花粉壁發(fā)育異常引起53-57
• 3 利用轉(zhuǎn)錄組測序檢測低溫處理后花粉基因表達(dá)的變化57-75
• 3.1 實驗材料和方法58-64
• 3.1.1 實驗材料58
• 3.1.2 總RNA的提取58-59
• 3.1.3 RNA質(zhì)量檢測59
• 3.1.4 轉(zhuǎn)錄組測序59-60
• 3.1.5 測序質(zhì)量評估60-61
• 3.1.6 新基因發(fā)現(xiàn)61-62
• 3.1.7 表達(dá)量分析62
• 3.1.8 差異表達(dá)分析62-63
• 3.1.9 基因注釋與富集分析63
• 3.1.10 lncRNA的鑒定63-64
• 3.1.11 lncRNA靶基因的預(yù)測64
• 3.2 結(jié)果與分析64-71
• 3.2.1 提取的總RNA質(zhì)量較高64-65
• 3.2.2 轉(zhuǎn)錄組測序概況65-67
• 3.2.2.1 測序結(jié)果質(zhì)量分析65-66
• 3.2.2.2 轉(zhuǎn)錄組測序概況66-67
• 3.2.3 低溫處理后花粉發(fā)育表達(dá)差異基因分析67-71
• 3.2.3.1 差異表達(dá)基因GO分類67
• 3.2.3.2 差異表達(dá)基因COG分類67
• 3.2.3.3 差異表達(dá)基因KEGG注釋67-71
• 3.2.4 lncRNA的鑒定及靶基因的預(yù)測71
• 3.3 討論71-75
• 3.3.1 低溫脅迫導(dǎo)致花粉敗育可能是由于冷脅迫相關(guān)基因表達(dá)少71-73
• 3.3.2 lncRNA在花粉發(fā)育響應(yīng)低溫脅迫中具有重要作用73-75
• 結(jié)論75-76
• 附錄76-89
• 參考文獻(xiàn)89-97

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本文編號：285210