【摘要】：根系是植物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官,其構(gòu)型和生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)制等問(wèn)題在發(fā)育生物學(xué)中占據(jù)重要地位。作為我國(guó)西北地區(qū)重要的生態(tài)樹(shù)種,胡楊(Populus euphratica)的抗逆生態(tài)適應(yīng)性的遺傳機(jī)理研究尚較為薄弱。開(kāi)展胡楊根系耐鹽性狀遺傳定位與基因解析研究,不僅可以揭示胡楊耐鹽機(jī)制,還能發(fā)現(xiàn)耐鹽能力強(qiáng)、根系發(fā)育穩(wěn)定的優(yōu)秀胡楊種質(zhì)資源,對(duì)胡楊耐鹽良種的篩選有重要實(shí)踐指導(dǎo)意義。為此,本研究對(duì)構(gòu)建好的胡楊F1作圖群體進(jìn)行組培無(wú)性系化,并進(jìn)行鹽處理實(shí)驗(yàn)。通過(guò)360°拍照獲得胡楊根系14個(gè)時(shí)間點(diǎn)的根系表型生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),建立功能作圖模型分析對(duì)照和鹽脅迫環(huán)境中胡楊根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)性狀的顯著QTL位點(diǎn),從動(dòng)態(tài)和發(fā)育角度研究胡楊耐鹽表型變化的遺傳機(jī)制。利用2HIGWAS數(shù)學(xué)模型定位相關(guān)的遺傳位點(diǎn),系統(tǒng)闡述基因互作對(duì)胡楊根系生長(zhǎng)的影響。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下:1.整個(gè)觀測(cè)期,鹽脅迫對(duì)胡楊不定根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)呈現(xiàn)抑制作用,而對(duì)側(cè)根的抑制作用主要發(fā)生在生長(zhǎng)的中后期。鹽脅迫對(duì)胡楊不定根和側(cè)根表面積和體積均呈現(xiàn)抑制作用,且生長(zhǎng)進(jìn)入中后期時(shí)抑制作用更顯著。在整個(gè)觀測(cè)期,鹽脅迫對(duì)胡楊不定根數(shù)量的抑制作用較弱;而對(duì)側(cè)根數(shù)量的抑制作用較為顯著,且主要發(fā)生在生長(zhǎng)的中后期。殘差分析和擬合優(yōu)度結(jié)果表明,兩種環(huán)境條件下邏輯斯蒂方程能很好的對(duì)根系表型的個(gè)體進(jìn)行擬合,且個(gè)體間多樣性較強(qiáng)。從群體平均生長(zhǎng)曲線發(fā)現(xiàn),不同根系表型的生長(zhǎng)發(fā)育起始時(shí)間,指數(shù)增長(zhǎng)期持續(xù)時(shí)間各不相同,在不同根級(jí)上,不定根與側(cè)根和總根的生長(zhǎng)曲線差別較大。2.通過(guò)功能作圖發(fā)現(xiàn),對(duì)照條件下定位到238個(gè)QTLs,相關(guān)基因參與AIP合成、細(xì)胞分裂素調(diào)控、碳代謝等生長(zhǎng)相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程;鹽脅迫條件下定位到248個(gè)QTLs,相關(guān)基因參與鹽脅迫、脫落酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞氧化解毒等脅迫相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程。對(duì)照和鹽脅迫下共同定位到14個(gè)相同的QTLs位點(diǎn)。此外,在不同生長(zhǎng)環(huán)境中,相同QTL影響下的根系表型生長(zhǎng)曲線的最大加速度時(shí)刻、最大減速度時(shí)刻、生長(zhǎng)速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)和線性增長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間均不相同,表明QTL對(duì)根系生長(zhǎng)的影響具有環(huán)境異質(zhì)性。3.基于2HIGWAS對(duì)初篩后的SNPs和兩個(gè)生長(zhǎng)環(huán)境條件下的胡楊根系性狀分別進(jìn)行主效應(yīng)QTL定位,對(duì)照和鹽脅迫條件下分別定位到229個(gè)和184個(gè)顯著位點(diǎn)。在對(duì)照條件下,兩種分析方法之間沒(méi)有定位到相同的主效位點(diǎn),但鹽脅迫條件下,兩種分析方法下共定位到5個(gè)相同的顯著位點(diǎn)。對(duì)在2HIGWAS方法下發(fā)掘的主效位點(diǎn)進(jìn)行功能注釋發(fā)現(xiàn),對(duì)照條件下成功注釋到27條注釋信息,鹽脅迫條件下成功注釋到10條注釋信息。4.運(yùn)用2HIGWAS對(duì)顯著QTL和主效位點(diǎn)進(jìn)行基因互作分析發(fā)現(xiàn),對(duì)照條件下共檢測(cè)出QTL-QTL互作158對(duì),其中AA互作類(lèi)型有134對(duì),AD互作類(lèi)型有24對(duì),DD互作類(lèi)型有3對(duì)。鹽脅迫條件下共檢測(cè)出QTL-QTL互作118對(duì),其中AA互作類(lèi)型有93對(duì),AD互作類(lèi)型有21對(duì),DD互作類(lèi)型有1對(duì)。每對(duì)互作QTL隨時(shí)間呈現(xiàn)出不同的效應(yīng)方向(正向和負(fù)向)和效應(yīng)強(qiáng)度。14個(gè)根系表型中互作QTL的遺傳力強(qiáng)度隨時(shí)間而改變。兩種環(huán)境條件下,側(cè)根長(zhǎng)度、側(cè)根數(shù)量、總根長(zhǎng)度、總根數(shù)量單個(gè)互作QTL的遺傳力大于5%,其他根系性狀均小于5%。與鹽脅迫不同,對(duì)照條件下根系分支比單個(gè)互作QTL的遺傳力大于5%,且側(cè)根長(zhǎng)度遺傳力顯著強(qiáng)于鹽脅迫條件下。本研究獲取了與胡楊根系生長(zhǎng)和耐鹽相關(guān)的遺傳位點(diǎn)和主效位點(diǎn),解析了關(guān)鍵基因的生物學(xué)功能以及對(duì)根系生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了解析,分析了基因間互作對(duì)根系表型動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程的影響,這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于揭示胡楊抗逆遺傳機(jī)制及其耐鹽良種選育具有重要的理論實(shí)踐意義。
【圖文】：

圖１－１實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑

接著在７５％的酒精中刷洗枝條，在每種溶液中將枝條每面刷４－７次，注意不逡逑要損壞枝條表皮，清洗好后在濃度為３％的次氯酸鈉中浸泡４０＿，浸泡結(jié)束后在流逡逑水下沖洗５ｍｉｎ后浸泡在清水中待用（圖２－２邋Ａ）：逡逑（３）外植體接種：外植體莖段在無(wú)菌臺(tái)中先在７５％酒精中浸泡５ｍｍ－８ｍｉｎ，然后逡逑在攪拌器上盛有３５％次氯酸鈉溶液的燒杯中浸泡８ｍｉｎ￣１２ｍｍ，浸泡時(shí)間依據(jù)胡楊枝逡逑條的老嫩程度進(jìn)行估計(jì)，滅菌后用手術(shù)刀切成丨－２邋ｃｍ小段，保證每小段有１－２個(gè)腋逡逑芽，將莖段生物學(xué)下端插入配置好的培養(yǎng)基中0．５ｃｍ左右，，每個(gè)組培瓶接種將３－４個(gè)逡逑莖段，每個(gè)系號(hào)接種５－８瓶，共２５－３５個(gè)莖段（圖２－２邋Ｂ）；逡逑（４）經(jīng)過(guò)１０ｄ左右，莖段腋芽萌發(fā)，部分半木質(zhì)化莖段下端會(huì)產(chǎn)生不定根，約１５－逡逑２０邋ｄ腋芽會(huì)長(zhǎng)大成ｌ－１．５ｃｍ，此時(shí)將腋芽剪下接種到新的生根培養(yǎng)基組培瓶中（圖２－２逡逑Ｃ
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S792.11


本文編號(hào)：2698562