近年來,極端天氣頻發(fā)使得棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到限制,尤以低溫寒害較為嚴重。人們圍繞棗樹抗寒性開展了大量研究,然而這些研究多數(shù)集中在棗品種的生理、生化代謝上,對于基因表達差異及分子機制知之甚少。本研究利用‘冬棗’和‘金絲小棗’冷凍脅迫的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析差異表達基因,在全基因組水平上發(fā)掘棗冷凍脅迫響應的成員,并以擬南芥和酸棗為試材研究ZjDREB1和ZjSOD1的功能。主要研究結(jié)果如下:（1）通過‘冬棗’和‘金絲小棗’不同冷凍脅迫的轉(zhuǎn)錄組對比分析,得到多個顯著差異表達基因,854個基因共同作用于不同程度的冷凍脅迫中;進一步對差異基因進行GO和KEGG富集分析,發(fā)現(xiàn)其在細胞代謝過程、刺激反應、轉(zhuǎn)錄活性等重要功能的代謝通路顯著富集。其中,9個差異基因參與到鈣離子信號途徑,32個基因在糖代謝途徑中差異變化,這可能是品種間具有不同抗凍性的原因。（2）基于生物信息學研究,在‘冬棗’全基因組中鑒定到56個ZjWRKY家族成員,118個ZjAP2/ERF家族成員,55個ZjNAC家族成員,26個Zjb ZIP家族成員和7個ZjSOD家族成員。利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和q RT-PCR技術(shù)對基因時空表達及冷脅迫應答分析研究,... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

水稻冷信號感知及響應途徑(Guoetal.,2018)

2棗冷凍脅迫的轉(zhuǎn)錄組分析152.2.1‘冬棗’和‘金絲小棗’轉(zhuǎn)錄組比較分析2.2.1.1差異基因分析對比分析可知，‘冬棗’和‘金絲小棗’共鑒定出個3655個差異基因。-10℃條件下共鑒定出2030個差異基因，其中979個上調(diào)基因，1051個下調(diào)基因；-20℃的處理下，差異表達的基因一共鑒定到1993個，上調(diào)基因為949個，下調(diào)基因為1044個；-30℃時，兩個品種共鑒定出1845個差異基因，923個上調(diào)基因和922個下調(diào)基因；當處理溫度為-40℃時，檢測到最多差異基因，共有2137個，其中1158個基因發(fā)生下調(diào)響應，上調(diào)基因979個(圖2.1)。根據(jù)韋恩圖可知(圖2.2)，不同程度冷凍脅迫中，共有854個差異基因共同呈現(xiàn)顯著差異表達，這可能是由于‘冬棗’和‘金絲小棗’在受到冷凍脅迫時一些基因參與到同一通路。其中，值得注意的是在棗受到冷凍強度-40℃時，600個基因呈現(xiàn)顯著差異，數(shù)量明顯高于其他溫度，這也許是植物在較低溫度下啟動了更多基因的表達而進行的自我保護。圖2.1相同條件下‘冬棗’和‘金絲小棗’的差異基因注：DZCK，‘冬棗’4℃處理；DZA，‘冬棗’-10℃處理；DZB，‘冬棗’-20℃處理；DZC，‘冬棗’-30℃處理；DZD，‘冬棗’-40℃處理；JSCK，‘金絲小棗’4℃處理；JSA，‘金絲小棗’-10℃處理；JSB，‘金絲小棗’-20℃處理；JSC，‘金絲小棗’-30℃處理；JSD，‘金絲小棗’-40℃處理Figure2.1SignificantDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZCK,‘Dongzao’treatedat4℃;DZA,‘Dongzao’treatedat-10℃;DZB,‘Dongzao’treatedat-20℃;DZC,‘Dongzao’treatedat-30℃;DZD,‘Dongzao’treatedat-40℃;JSCK,‘Jinsixiaozao’treatedat4℃;JSA,‘Jinsixiaozao’treatedat-10℃;JSB,‘Jinsixiaozao’treatedat-20℃;JSC

棗冷凍脅迫轉(zhuǎn)錄組分析及相關(guān)基因的功能研究16圖2.2相同條件下‘冬棗’和‘金絲小棗’的差異基因韋恩圖注：DZ，‘冬棗’；JS，‘金絲小棗’；CK，4℃處理；A，-10℃處理；B，-20℃處理；C，-30℃處理；D，-40℃處理Figure2.2VenndiagramsofDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZ,‘Dongzao’;JS,‘Jinsixiaozao’;CK,treatedat4℃;A:treatedat-10℃;B:treatedat-20℃;C:treatedat-30℃;D:treatedat-40℃2.2.1.2差異基因的GO富集分析針對差異基因進行GO富集分析，結(jié)果顯示(圖2.3)，不同程度冷凍脅迫均對‘冬棗’和‘金絲小棗’兩個品種代謝過程進行了一定的修飾和改變。雖然冷凍脅迫的程度不同，但差異基因的生物學分類結(jié)果卻是相似的。五組對比分析表明，生物過程中的‘metabolicprocess’、‘cellularprocess’、‘responsetostimulus’部分富集到較多的差異基因；細胞組分方面：‘cell’、‘cellpart’、‘membrane’；分子功能方面：‘catalyticactivity’、‘binding’、‘transporteractivity’都富集到較多差異基因。這些差異基因中，泛素化蛋白類的基因107405398在-10℃的‘金絲小棗’中顯著上調(diào)；AP2/ERF家族的成員也呈現(xiàn)顯著變化，基因107414104在-10℃時變化顯著；基因107432697和107433390在-20℃呈現(xiàn)顯著上調(diào)；而-30℃中則是107426263和107433390；在-40℃溫度下，107414104、107432697和107433390變化顯著�！鸾z小棗’中，過氧化物酶類基因107407047、107407421、107413238、107424432均呈現(xiàn)顯著上調(diào)，而基因107426124則是在-30℃和-40℃中才出現(xiàn)下調(diào)的表達模式。這表明參與到冷凍脅迫應答的家族成員是不完全相同的，可能是植物體在應對冷凍脅迫時，一些相同代謝通路中的基因共同行使其功能?


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