【摘要】：中國(guó)沙棘是我國(guó)北方干旱與半干旱地區(qū)一種優(yōu)良的具永生潛力的多用途造林樹種。由于干旱脅迫、病蟲害危害及造林密度大等原因,中國(guó)沙棘人工林出現(xiàn)了嚴(yán)重早衰現(xiàn)象,目前最為有效的手段是通過平茬促進(jìn)萌蘗而實(shí)施更新。內(nèi)源激素在平茬萌蘗發(fā)生及生長(zhǎng)中起重要作用,然而,關(guān)于平茬促萌機(jī)理研究主要集中在生理生化層次,有關(guān)內(nèi)源激素合成、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)理卻鮮見報(bào)道。本研究擬以中國(guó)沙棘衰退人工林為對(duì)象,設(shè)置Ocm、10cm、20cm平茬及不平茬(對(duì)照)等4種實(shí)驗(yàn)處理,研究平茬后萌蘗不同發(fā)育階段(生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)盛期、二次生長(zhǎng)高峰期及生長(zhǎng)末期)萌蘗數(shù)量及生長(zhǎng)量的變化,以及生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素及赤霉素含量的變化;基于轉(zhuǎn)錄組基因功能注釋數(shù)據(jù),揭示平茬后3種內(nèi)源激素合成、代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)基因的變化及其調(diào)控機(jī)理;探明三種激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因的變化及其對(duì)激素濃度與萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理,以期從生態(tài)、激素及基因表達(dá)層次揭示平茬萌蘗生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)理。研究得出了以下幾個(gè)主要結(jié)論。(1)在生長(zhǎng)初期、生長(zhǎng)盛期,平茬處理提高了萌蘗數(shù)量及生長(zhǎng)量,提高了 IAA、ZR及GA3濃度,這些激素正調(diào)控萌蘗的發(fā)生和生長(zhǎng)。在二次生長(zhǎng)高峰期及生長(zhǎng)末期,平茬處理提高了萌蘗生長(zhǎng)量。在二次生長(zhǎng)高峰期,平茬處理提高了 IAA、ZR及GA3濃度,這些激素正調(diào)控萌蘗的生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)末期,平茬處理降低了IAA及GA3濃度,這些激素負(fù)調(diào)控萌蘗的生長(zhǎng);平茬處理提高了 ZR濃度,該激素正調(diào)控萌蘗的生長(zhǎng)。(2)通過4個(gè)發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,共獲得216G的原始測(cè)序數(shù)據(jù)。測(cè)序質(zhì)量較高,能滿足分析要求。參考轉(zhuǎn)錄組de novo組裝后,共獲得7363 1條Unigenes,對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)錄本N50為1564bp,拼接質(zhì)量良好。分別有40302、30007、41891、34981、1 5807 條 unigenes 比對(duì)到 Nr、Swissprot、KOG、GO、KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù),有 43617 條unigenes至少比對(duì)到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),并注釋到功能。其中KOG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋到3962條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制類unigenes,占9.46%。經(jīng)qRT-PCR驗(yàn)證表明,轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。(3)不同生長(zhǎng)發(fā)育期萌蘗內(nèi)源激素合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控基因的遺傳特征就生長(zhǎng)素合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)基因而言。在生長(zhǎng)初期,平茬后TAR2、YUC8、NIT4基因正調(diào)控1AA的合成,而gatA家族蛋白起負(fù)調(diào)控作用,總體上GH3代謝基因家族的腺苷化作用增強(qiáng),PIN1C基因的轉(zhuǎn)運(yùn)作用加強(qiáng)。在生長(zhǎng)盛期,平茬后YUC6基因正向調(diào)控IAA的合成,而AAO1、AAO4、NIT4基因起負(fù)調(diào)控作用,ABCB1、ABCB19基因的轉(zhuǎn)運(yùn)作用增強(qiáng),而PIN2基因的轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在二次生長(zhǎng)高峰期,AMI1基因正調(diào)控IAA的合成,YUC4基因具有負(fù)反饋調(diào)控作用,GH3.5基因的腺苷化作用減弱,ABCB19基因的轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在生長(zhǎng)末期,YUC4基因正調(diào)控IAA的合成,而AAO1、YUC6、AMI1基因起負(fù)調(diào)控作用,GH3基因家族的腺苷化作用減弱,ABCB1基因的轉(zhuǎn)運(yùn)作用增強(qiáng)。就細(xì)胞分裂素合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)基因而言。在生長(zhǎng)初期,平茬后1個(gè)CYP735A基因,2個(gè)LOG基因,3個(gè)IPT基因正調(diào)控CTK的合成,而1個(gè)IPT3基因具有負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用,3個(gè)CKX基因氧化降解CTK的量減少,PUP5、PUP9及ENTl轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在生長(zhǎng)盛期,平茬后1個(gè)LOG8基因、2個(gè)IPT9基因合成的CTK減少,CKX4基因氧化降解CTK的量增多,PUP9轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱,而ENT1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)作用增強(qiáng)。在二次生長(zhǎng)高峰期,3個(gè)IPT基因合成細(xì)胞分裂素增多,1個(gè)IPT3基因具有負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用,1個(gè)IPT9、6個(gè)LOG基因合成的CTK量減少,1個(gè)CKX5基因氧化降解CTK的量增多,PUP9、ENT1、ENT6轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在生長(zhǎng)末期,1個(gè)IPT3基因合成CTK增多,1個(gè)IPT3基因具有負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用,總體上LOG基因合成CTK的量減少,總體上CKX基因氧化降解CIK的量減少,PUP基因轉(zhuǎn)運(yùn)的CTK趨于平衡。就赤霉素合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)基因而言。在生長(zhǎng)初期,平茬后CPS、KS、KO、GA20OX基因正調(diào)節(jié)GA的合成過程,2個(gè)GA3OX基因合成GA的作用減弱,GA2OX基因降解GA的減弱,SWEET13、NRT2.5基因轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在生長(zhǎng)盛期,平茬后1個(gè)CPS、KS、KO、GA3OX基因,2個(gè)GA20OX基因正調(diào)節(jié)GA的合成過程,1個(gè)KS、KAO1基因負(fù)調(diào)節(jié)的GA合成過程,GA20X基因降解具活性GA的作用趨于平衡,NPF4.6基因轉(zhuǎn)運(yùn)作用增強(qiáng)。在二次生長(zhǎng)高峰期,平茬后2個(gè)GA20OX基因負(fù)調(diào)節(jié)GA的合成過程,3個(gè)GA20X基因降解GA的作用削弱,NPF7.3、NRT2.5基因轉(zhuǎn)運(yùn)作用減弱。在生長(zhǎng)末期,平茬后,1個(gè)KS基因,2個(gè)K4O1基因,4個(gè)GA20OX基因在GA合成路徑中作用減弱,4個(gè)GA2OX基因降解GA的作用削弱,NPF4.6、NPF2.5基因轉(zhuǎn)運(yùn)GA作用減弱。(4)不同生長(zhǎng)發(fā)育期萌蘗內(nèi)源激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因的遺傳特征就生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因而言。在生長(zhǎng)初期,1個(gè)LAX、LAX4、LAX5、AUX2、A UX22D、IAA9、IAA13、IAA26、IAA29、ARF2、ARF5、ARF7、GH3.1、SAUR21、SAUR41、SAUR50、ARG7基因,2個(gè)IAA27基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng);而1個(gè)TIR1、IAA9、I4A11、IAA17、SA UR32、SA UR36、SA UR 71基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在生長(zhǎng)盛期,1 個(gè)LAX2、LAX5、AUX22、AUX22B、AUX28、IAA9、IAA I4、IAA26、ARF2、GH3.1、GH3.11、SAUR19、SAUR20、SAUR41、SAUR50、SAUR71 基因,3個(gè)ARG7基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng);而1個(gè)AUX22D、IAA7、IAA11、ARF1、ARF9、SA UR36、SAUR40基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在二次生長(zhǎng)高峰期,AUX28、IAA9、IAA26、ARF2、GH3.5、SAUR41,2個(gè)SAUR20、ARG7 基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗生長(zhǎng);而1個(gè)LAX2、IAA4、IAA7、IAA9、IAA11、IAA13、IAA14、IAA16、IAA17、IAA26、ARF1、ARF3、ARF5、ARF9、GH3.1、SAUR20、SAUR32、SA UR36、SA UR40基因,2個(gè)SAUR71基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在生長(zhǎng)末期,1個(gè)LAX4、IAA9、IAA16、ARF2、ARF5、ARF7、ARF9、GH3.1、GH3.5、GH3.6、SAUR21、SA UR32、SA UR36、ASUR72基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,并在生長(zhǎng)中起負(fù)調(diào)節(jié)作用;TIR1、AUX22、AUX28、IAA13、ARF7、ARF9、GH3.5、SAUR72、ARG7,2個(gè)IAA27 基因所起的作用正好相反。就細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因而言。在生長(zhǎng)初期,1個(gè)AHK2、AHP1、OHP2、ARR2、ARR3、ARR18,2個(gè)ARR9、ARR17,3個(gè)AHK4基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng),而1個(gè)AHK3、AHP2、AHP4、ARR12、ARR22基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在生長(zhǎng)盛期,AHK2、AHK3、AHP2、AHP4、ARR1、ARR2、ARR9、ARR11、ARR12、ARR22基因負(fù)調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng),AHK4、ARR18基因的作用正好相反。在二次生長(zhǎng)高峰期,AHK2、AHK3、AHK4、AHP1、AHP2、mpr1、ARR2、ARR12 基因負(fù)調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)末期,1個(gè)AHK2、AHP2、ARR3基因,2個(gè)ARR2基因的表達(dá)量正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗生長(zhǎng),AHK5、4HP1、ARR9、ARR11、ARR22基因的作用正好相反。就赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因而言。在生長(zhǎng)初期,1個(gè)PIF3、PIL1、GID1C基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng),GAI基因的作用正好相反。在生長(zhǎng)盛期,1個(gè)PIL1、3個(gè)GAI基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗發(fā)生、生長(zhǎng),而1個(gè)PIF3、2個(gè)GID1B基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在二次生長(zhǎng)高峰期,PIL1基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗的生長(zhǎng),而GID1B、GID1C、GID2、PIF3基因起負(fù)調(diào)節(jié)作用。在生長(zhǎng)末期,GID1B、GID2、PIF3、PIF5基因正調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程及萌蘗生長(zhǎng)。綜上所述,平茬通過改變中國(guó)沙棘三種內(nèi)源激素合成、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá),調(diào)控激素的濃度,而激素又通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程引起下游基因表達(dá)的變化,進(jìn)而調(diào)控平茬萌蘗的發(fā)生及生長(zhǎng)。
【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
【分類號(hào)】：S793.6
【圖文】：

圖１－２邋細(xì)胞分裂素合成與代謝途徑（李志康等，２０１８）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｙｔｏｋｉｎｉｎ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ａｎｄ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｃ邋ｐａｔｈｗａｙｓ逡逑（１）細(xì)胞分裂素受體對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控逡逑擬南芥有邋６邋種組氨酸激酶邋ＡＨＫｓ（ＡＨＫｌ、ＡＨＫ２、ＡＨＫ３、ＡＨＫ４、ＡＨＫＳ／ＣＫＩ２邋和逡逑

１．４．邋３赤霉素合成、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控逡逑１．４．３．１赤霉素的合成、代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)逡逑赤霉素的生物合成過程可以分為三個(gè)階段（圖１－４）。第一階段：由櫳牛兒基隴牛逡逑兒基焦磷酸（ＧＧＤＰ）合成內(nèi)根－貝殼杉烯。在前質(zhì)體中，在古巴焦淲酸合成酶（咖－逡逑ｃｏｐａｌｙｌ邋ｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＣＴＳ）作用下，ＧＧＰＰ被催化環(huán)化合成內(nèi)根－古巴焦枺酸逡逑（ＣＰＰ），隨后ＣＰＰ在內(nèi)根－貝殼杉稀合成酶（ｅｎｔ－ｋａｕｒｅｎｅ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＡＳ１）的催化下再逡逑次環(huán)化合成內(nèi)根－貝殼杉�。ǎ樱酰睿澹�？／．，１９９４；邋Ｈｅｌｌｉｗｅ丨ｌｅ／ｏ／．，２００１ａ；石建斌，２０１６）。逡逑第二階段：由內(nèi)根－貝殼杉烯合成ＧＡＩ２的過程。即內(nèi)根－貝殼杉烯在內(nèi)根－貝殼杉烯氧逡逑化酶（ｅｎｔ－ｋａｕｒｅｎｅｏｘｉｄａｓｅ，火Ｏ）的催化下，依次氧化形成內(nèi)根－貝殼杉稀醇、內(nèi)根－貝逡逑殼杉烯醛以及內(nèi)根－貝殼杉烯酸三種物質(zhì)。隨后，內(nèi)根－貝殼杉烯酸在內(nèi)根－貝殼杉烯酸逡逑輕化酶（ｅｎｔ－ｋａｕｒｅｎｏｉｃａｃｉｄｈｙｄｒｏｘｙｌａｓｅ，尤４０）的催化下依次形成內(nèi)根－７輕基貝殼杉逡逑稀酸、ＧＡｉ２－醛及邋ＧＡｉ２（Ｈｅｌｌｉｗｅｌｌｄａ／．

圖２－２平茬對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)期萌蘗發(fā)生及生長(zhǎng)的影響逡逑－

本文編號(hào)：2767110