【摘要】：隨著全球環(huán)境的惡化,干旱和土壤鹽堿化日益加重。棉花作為紡織品的主要原料之一,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有重要地位。在鹽和干旱脅迫下,棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)均會(huì)受到嚴(yán)重的影響。陸地棉野生種系應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境的能力強(qiáng),有栽培品種不具備的許多優(yōu)良性狀,對(duì)改進(jìn)棉花品質(zhì)和抗性具有重要的應(yīng)用價(jià)值,是棉花育種的重要遺傳資源。本研究利用耐鹽材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,獲得了與鹽脅迫相關(guān)的候選基因(OSCA),并通過(guò)生物信息學(xué)手段對(duì)OSCA基因家族進(jìn)行全基因組鑒定和功能驗(yàn)證。主要結(jié)果如下:1.對(duì)陸地棉野生種系瑪利加郎特棉85、闊葉棉40和陸地棉中棉所12進(jìn)行鹽堿脅迫處理后轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,得到64737個(gè)表達(dá)基因。對(duì)22359個(gè)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO富集分析和KEGG富集分析,結(jié)果表明信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程參與了葉片SS3和SS12階段的鹽堿脅迫反應(yīng);碳水化合物代謝過(guò)程和氧化還原過(guò)程參與了葉片SS48階段的鹽堿脅迫反應(yīng);根系的三個(gè)處理階段的差異表達(dá)基因均顯著富集在氧化還原過(guò)程�？偟膩�(lái)說(shuō),在鹽堿脅迫下信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和氧化還原過(guò)程在不同組織中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。此外,共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析表明,GhSOS3、GhCBL10、Gh_A05G1480等基因參與了鹽堿脅迫反應(yīng)。2.OSCA(Hyperosmdality-gate calcium-permeable channels)參與感知細(xì)胞外滲透勢(shì)的變化,從而誘導(dǎo)Ca~(2+)濃度增加,調(diào)節(jié)滲透勢(shì)。為了解棉花OSCA基因的特征和功能,本研究對(duì)棉花OSCA基因家族進(jìn)行了全基因組分析。在陸地棉、亞洲棉、雷蒙德氏棉中分別鑒定出35、21、22個(gè)OSCA基因成員,并根據(jù)其基因結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系分為4個(gè)不同的組。基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析表明,35個(gè)GhOSCA家族基因均含有保守的RSN1_7TM(PF02714,DUF221)結(jié)構(gòu)域。順式作用元件分析表明,OSCA基因家族成員可能在響應(yīng)熱、低溫、干旱、鹽脅迫等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過(guò)RNA-seq和qRT-PCR分析表明,GhOSCA基因在不同組織的表達(dá)具有特異性,這表明GhOSCA家族成員在不同組織中發(fā)揮特定的作用來(lái)調(diào)節(jié)滲透壓。GhOSCA1.1與AtOSCA1最為相似,在鹽和干旱脅迫下表達(dá)顯著上調(diào),表明GhOSCA1.1可能是一個(gè)參與鹽和干旱脅迫反應(yīng)的關(guān)鍵基因。3.通過(guò)病毒誘導(dǎo)基因沉默(VIGS)技術(shù)分析了GhOSCA1.1的潛在功能。在干旱和鹽脅迫下,與對(duì)照和空載相比,沉默植株均表現(xiàn)出嚴(yán)重萎蔫的現(xiàn)象。GhOSCA1.1基因沉默植株與空載植株相比,SOD活性和PRO含量降低,MDA含量升高,植株的耐旱耐鹽性減弱,證明該基因是參與耐旱耐鹽應(yīng)答的關(guān)鍵基因。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S562
【圖文】：

本研究以一個(gè)陸地棉品種中棉所 12（CRI12）和 2 個(gè)陸地棉野生種系闊葉棉 40 和瑪利加郎特棉 85（LAT40, MAR85）進(jìn)行 RNA 測(cè)序。鹽堿處理后三個(gè)實(shí)驗(yàn)材料的形態(tài)和生理特征有明顯的差異（圖2.1）。對(duì)三個(gè)材料在正常生長(zhǎng)期（CK0h）、早期鹽堿脅迫反應(yīng)期（SS3h）、幼苗明顯受損期（SS12h）和幼苗恢復(fù)期（SS48h）4個(gè)不同處理階段的葉和根進(jìn)行分析。為了研究鹽堿脅迫處理過(guò)程中轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，提取 3 個(gè)材料不同處理階段葉和根的總 RNA。共從 24個(gè) cDNA 文庫(kù)中獲得 1106485712 個(gè)原始 reads。過(guò)濾后得到 1097617134（99.19%）個(gè) cleanreads。在每一個(gè) cDNA 文庫(kù)中，mapped reads 占 clean reads 的百分比從 83.88 到 89.61%不等。在 clean reads 中，堿基質(zhì)量值為30%的 reads 占總 reads 的94.37~97.05%。Clean reads 與陸地棉（Gossypium hirsutum cv. TM-1,AD1）參考基因組進(jìn)行比對(duì)。在全部的clean reads中，24 個(gè)樣本83.06~89.73% 的 reads 被定位在參考基因組中，77.4~82.3% 的 reads 被唯一定位在陸地棉的基因組中。更重要的是，利用 HTseq （Python package）高效、準(zhǔn)確地將唯一的 mapped reads 序列映射到參考基因組，并以 FPKM 計(jì)算基因表達(dá)水平。通過(guò) RNA-seq 數(shù)據(jù)和陸地棉基因組數(shù)據(jù)的分析檢測(cè)到 24 個(gè)樣本中有 64737 個(gè)表達(dá)基因

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本文編號(hào)：2756456