發(fā)布時間：2020-06-13 13:42

【摘要】：林木在多年生的次生生長過程中,會受到各種不同的外界環(huán)境條件的制約。其中,干旱是重要環(huán)境限制因子之一,對林業(yè)生產(chǎn)和自然生態(tài)系統(tǒng)構成全球性威脅,嚴重影響森林生物量與生產(chǎn)力。轉錄因子和組蛋白修飾在調節(jié)植物適應干旱脅迫中發(fā)揮關鍵的調控作用,但是二者之間如何相互協(xié)調控制耐旱基因表達的機制尚不清楚。林木主要利用木質部將從土壤中吸收的水分運輸?shù)降厣喜糠值娜~等器官。木質部是研究樹木次生生長適應干旱脅迫的獨特生物系統(tǒng)。因此,本研究以毛果楊(Populustrichocarpa)的木質部為對象,開展了 AREB1轉錄因子和組蛋白乙酰化修飾協(xié)同控制耐旱基因表達分子機制的研究。采用染色質免疫共沉淀結合高通量測序(ChIP-seq)和轉錄組高通量測序(RNA-seq)技術分別測定了毛果楊木質部在干旱脅迫下的組蛋白3第9位賴氨酸乙�；揎�(H3K9ac)圖譜和轉錄組。整合分析ChIP-seq和RNA-seq數(shù)據(jù),結果發(fā)現(xiàn)干旱脅迫后H3K9ac水平顯著增加的基因,轉錄被激活;H3K9ac水平下降的基因,轉錄被抑制,表明H3K9ac組蛋白修飾參與調控楊樹應答干旱脅迫的基因表達。轉錄調控元件富集分析發(fā)現(xiàn),AREB1(ABA-Responsive Element Binding 1)蛋白結合的 ABRE(ABA-Responsive Element)元件在H3K9ac修飾發(fā)生改變的干旱脅迫應答基因啟動子上發(fā)生明顯的富集,表明ABRE元件可能介導H3K9ac修飾對這些基因的調控。本研究鑒定出了76個H3K9ac修飾發(fā)生改變且含有ABRE元件的干旱脅迫應答轉錄因子基因,由其中選了三個基因(PtrNAC006、PtrNAC007、PtrNAC120),并獲得了它們的過表達轉基因毛果楊。表型分析顯示,過量表達PtrNAC基因降低毛果楊木質部導管內腔孔徑,增加木質部導管數(shù)量,并且增強轉基因植株耐旱能力,推測PtrNAC基因可能通過影響次生木質部發(fā)育,改變導管的結構和數(shù)量,從而使楊樹次生生長適應干旱脅迫。ChIP-seq和ChIP-qPCR結果顯示,隨著干旱程度的逐漸增加Ptr 基因啟動子上ABRE元件區(qū)域的H3K9ac富集水平增加,表明ABRE元件參與H3K9ac調控PtrNAC基因對干旱脅迫的應答。RNA-seq與RT-qPCR結果顯示,AREB1轉錄因子基因與組蛋白乙�；笍秃象w基因 GCN5(GENERAL CONTROL tNON-DEREPRESSIBLE 5)、ADA2b(ALTERATION/DEFICIENCY IN ACTIVATION 2)受干旱脅迫誘導呈現(xiàn)上調表達。Pull-down體外實驗和雙分子熒光互補(BiFC)體內實驗證實AREB1、GCN5、ADA2b蛋白之間相互作用形成蛋白三聚體。獲得了 PtrGCN5-1、PtrAREB1-2的抑制表達轉基因毛果楊植株及PtrADA2b-3的CRISPR突變體植株。ChIP-qPCR與RT-qPCR分析顯示,轉基因毛果楊及突變體植株干旱脅迫后,H3K9ac、RNA聚合酶Ⅱ的富集水平和PtNAC基因的轉錄水平均顯著下降,并且轉基因植株與突變體耐旱性降低。此外,前期研究結果顯示AREB1轉錄因子能夠結合ABRE順式作用元件并上調PtrNAC基因表達。綜合以上結果,表明轉錄因子AREB1通過與GCN5、ADA2b相互作用將組蛋白乙酰化酶復合體招募到PtrNAC啟動子上,引起PtrNAC基因H3K9乙�；せ钇浔磉_,從而啟動PtrNAC介導的抗旱基因網(wǎng)絡,調節(jié)楊樹適應干旱脅迫。綜上所述,本研究明確了毛果楊中轉錄因子AREB1和組蛋白乙�；笍秃象wGCN5-ADA2b之間的相互作用關系及其對共同靶基因的調控作用,揭示了轉錄因子與表觀遺傳修飾協(xié)同調控楊樹次生生長適應干旱脅迫的分子機制,為利用分子育種技術進行林木高抗育種提供了理論基礎。
【圖文】：

圖１－１技術路線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑

迫影響下Ｈ３Ｋ９ａｃ差異結合的基因。首先，對３個月的毛果楊溫室苗進行了干旱脅迫的逡逑處理，然后在同一時間點分別收集了正常澆水（ＮＤ）、干旱脅迫５天（Ｄ５）、干旱脅迫逡逑７天（Ｄ７）的次生木質部材料（圖２－３）。參照Ｌｉ等在２０１４年的報道，利用ＣｈＩＰ－ｓｅｑ體逡逑系，測定了不同干旱時間點的Ｈ３Ｋ９ａｃ圖譜（圖２－４）邋［７５，７６］。利用ｄｉｆｉＲｅｐｓ方式鑒定了逡逑干旱５天（Ｄ５／ＮＤ）和７天（Ｄ７／ＮＤ）的Ｈ３Ｋ９ａｃ差異修飾的基因組位點。其中，干旱逡逑５天有４５７８個Ｈ３Ｋ９ａｃ修飾水平上升位點、５０８１個Ｈ３Ｋ９ａｃ修飾水平下降位點，差異富逡逑集位點共１０５５９個；干旱７天有５５３０個Ｈ３Ｋ９ａｃ修飾水平上升位點、５３９９個Ｈ３Ｋ９ａｃ逡逑修飾水平下降位點，差異修飾位點共１２０３６個（Ｐ－ａｄｊ＜０．０５）（表２－１）。己有的研究報道逡逑表明，Ｈ３Ｋ９ａｃ的修飾參與調控苔蘚植物小立碗蘚（／７＾５＾0？？／的／／＜３邐和擬南芥應逡逑答干旱脅迫［３９，４７］。毛果楊的ＣｈＩＰ－ｓｅｑ結果也表明，干旱脅迫后，許多基因的Ｈ３Ｋ９ａｃ修逡逑飾水平均發(fā)生了變化。所以，，Ｈ３Ｋ９ａｃ的修飾很可能也參與調控毛果楊對干旱脅迫的應逡逑答過程。逡逑－１７－逡逑
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S792.11

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 趙彤堂;林業(yè)生物工程新進展[J];山東林業(yè)科技;1989年04期

2 毛昱力;張冰;馬旭俊;;組蛋白去乙�；敢种苿┱T導毛果楊不定芽的再生[J];林業(yè)科技;2015年05期

3 張紅梅;夏新莉;尹偉倫;;毛果楊的組織培養(yǎng)與快速繁殖[J];植物生理學通訊;2009年01期

4 李磊;羅杰;李紅;羅志斌;;毛果楊全基因組銨轉運蛋白家族成員及其序列分析[J];西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版);2011年02期

5 趙潔苑;龔云路;王翼飛;;基于MiRfilter系統(tǒng)的毛果楊miRNA預測[J];上海大學學報(自然科學版);2010年04期

6 鄂文;夏德安;;毛果楊富含谷氨酸蛋白PtrGARP1基因啟動子特性[J];湖南農(nóng)業(yè)科學;2017年02期

7 李然紅;陳鑫;劉丹;姜靜;;白樺(Betula platyphylla×B.pendula)BpEIL1基因克隆及生物信息學分析[J];分子植物育種;2019年21期

8 蘆強;邵芬娟;邱德有;;毛果楊LBD基因家族的全基因組分析[J];基因組學與應用生物學;2018年01期

9 張麗華;王婷;陳群;王曉立;韓浩章;;毛果楊AGO基因家族生物信息學分析[J];安徽農(nóng)學通報;2019年04期

10 尹吳;孫偉博;周燕;諸葛強;;毛果楊Rubisco活化酶基因的克隆與功能分析[J];林業(yè)科學;2017年04期

相關會議論文 前3條

1 史勝青;張守攻;江澤平;;梭梭小G蛋白基因HaRAN1克隆、進化與表達分析[A];第二屆中國林業(yè)學術大會——S2 功能基因組時代的林木遺傳與改良論文集[C];2009年

2 曹冠琳;安新民;于來;薄文浩;王靜澄;張志毅;;楊樹花發(fā)育關鍵基因的RNAi、DNM載體轉化毛白楊的研究[A];第九屆中國林業(yè)青年學術年會論文摘要集[C];2010年

3 朱瑩瑩;汪杏芬;劉姣;李來庚;;轉錄因子HD-ZIP Ⅲ是調控楊樹木質部分化的關鍵基因[A];中國植物生理學會第十次會員代表大會暨全國學術年會論文摘要匯編[C];2009年

相關博士學位論文 前4條

1 李爽;轉錄因子AREB1與組蛋白修飾H3K9ac協(xié)同調控毛果楊應答干旱脅迫的機制研究[D];東北林業(yè)大學;2019年

2 戴曉港;簸箕柳基因組測序及功能基因研究[D];南京林業(yè)大學;2017年

3 馬濤;胡楊抗鹽的基因組遺傳基礎研究[D];蘭州大學;2014年

4 蘆強;巨桉、毛果楊、雷蒙德氏棉LBD基因家族的研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 李亞博;毛果楊PtrHox11基因耐鹽功能分析[D];東北林業(yè)大學;2019年

2 王含;毛果楊C2H2型鋅指蛋白基因PtZFP103功能研究[D];東北林業(yè)大學;2017年

3 張鑫鑫;毛果楊PtrNAC1基因的克隆及在低氮環(huán)境下的響應[D];東北林業(yè)大學;2018年

4 葛曉蘭;毛果楊PtrRAP2.11基因的遺傳轉化研究[D];東北林業(yè)大學;2018年

5 佟博通;毛果楊HDT901基因的表達與功能分析[D];東北林業(yè)大學;2018年

6 吳翔宇;毛果楊PtrAMT與PtrNLP基因家族成員鑒定及表達模式分析[D];東北林業(yè)大學;2014年

7 鄂文;毛果楊PtrGARP1基因的功能研究[D];東北林業(yè)大學;2017年

8 朱鏡如;毛果楊PtWRKY89轉錄因子基因的克隆與功能分析[D];西南大學;2013年

9 姜曉玲;潰瘍病菌侵染過程中毛果楊類甜蛋白基因的時空表達分析[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2012年

10 張海珍;毛果楊PoptrHSFA4a基因功能驗證研究[D];東北林業(yè)大學;2014年

本文編號：2711262