【摘要】：隨著極端氣候發(fā)生頻率的明顯增加,如低溫冷害、干旱等對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重危害,水稻是世界重要的糧食作物之一,是典型的喜溫喜光作物,對溫度條件敏感,易受低溫冷害的影響,尤其是北方粳稻主產(chǎn)區(qū)黑龍江近幾年頻繁發(fā)生冷害,嚴重制約了黑龍江省水稻的生產(chǎn)。低溫冷害主要造成水稻花藥敗育形成空秕粒,導(dǎo)致產(chǎn)量降低。因此,開展水稻孕穗期花藥耐冷研究,篩選耐冷種質(zhì)資源,探究水稻孕穗期耐冷生理調(diào)控機制,挖掘水稻孕穗期耐冷基因具有重要意義。本研究利用含有190個自交系的東農(nóng)422×空育131的RIL群體,以主莖穗結(jié)實率為評價指標,開展水稻孕穗期耐冷性鑒定,初步篩選出耐冷自交系和冷敏自交系各19個,再利用88對SSR引物進行遺傳一致性鑒定,從中挑選出遺傳一致性最高且耐冷性顯著差異的耐冷株系E176和冷敏株系E186,對2個材料進行相關(guān)生理指標測定,結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)進行花藥RNA-seq分析,對不同耐冷性的水稻自交系孕穗期花藥冷脅迫響應(yīng)基因及相關(guān)代謝通路進行比較分析,研究結(jié)果如下;(1)本研究以17℃冷水進行10d的低溫處理,之后恢復(fù)正常的灌溉條件,以主莖穗結(jié)實率為耐冷性評價指標,成熟后統(tǒng)計主莖穗結(jié)實率。結(jié)果顯示冷脅迫處理的材料結(jié)實率從41%到88%不等,能夠區(qū)分不同株系的耐冷性,因此將17℃作為水稻孕穗期耐冷性鑒定的有效溫度,并利用SSR分子標記篩選出兩份遺傳相似性極高的極端株系用于后續(xù)研究,其中株系E176為耐冷基因型,株系E186為冷敏感基因型。(2)從可溶性糖的測定結(jié)果可以看出,2個極端材料冷脅迫后莖稈中的可溶性糖含量極顯著高于其他器官,且花藥中的可溶性糖含量最低,表明在減數(shù)分裂期大量的可溶性糖由營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運入生殖器官中。與對照相比,低溫處理降低了水稻各器官的可溶性糖含量,雖然耐冷株系和冷敏株系花藥中的總糖含量在處理和對照之間的差異均達到了顯著水平,但是耐冷株系花藥中的總糖變量相當于對照的29.35%,而冷敏株系花藥中的總糖變量僅相當于對照的9.7%,這說明耐冷性株系可溶性總糖的轉(zhuǎn)運效率高于冷敏株系。從脯氨酸含量的多重比較結(jié)果來看,花藥中的脯氨酸含量極顯著的高于其他器官。這說明減數(shù)分裂期,脯氨酸的合成中心在生殖器官。除耐冷株系莖稈脯氨酸含量和冷敏株系倒一葉和倒三葉脯氨酸含量顯著高于對照水平外,其余各器官脯氨酸含量變化不顯著。耐冷株系冷處理后花藥脯氨酸含量顯著增加,而冷敏株系中花藥無明顯變化,表明耐冷株系較冷敏株系具有高效的脯氨酸滲透調(diào)節(jié)機制。(3)所有花藥樣本測序共獲得97.42Gb數(shù)據(jù),其中95.37%的序列能夠比對到水稻參考基因組上;RNA-seq結(jié)果表明,所有樣品中共檢測到23756個表達基因,其中有375個基因在耐冷株系E176中特異表達,有341個基因在冷敏株系E186中特異表達;不同材料、處理間的差異表達基因(Differential expressed gene,DEGs)分析顯示,在耐冷株系E176中冷脅迫前后有54個DEGs,在冷敏株系E186中冷脅迫前后有2455個DEGs,對差異表達基因進行GO富集分析,發(fā)現(xiàn)富集的GO條目和其所包含的基因數(shù)目存在差異,及2個材料對冷響應(yīng)的生物學(xué)過程存在差異;還發(fā)現(xiàn)2個材料冷脅迫前后共同的差異表達基因有15個,進一步分析發(fā)掘出2個水稻孕穗期耐冷候選基因(Os03g0308800和新基因Os new Gene_10238);從差異基因中篩選出15個與耐冷相關(guān)基因進行實時熒光定量PCR(qRT-PCR)驗證,有14個基因驗證的表達趨勢與測序結(jié)果相一致,表明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)真實準確。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S511
【圖文】：

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)碩士學(xué)位論文響應(yīng)特異表達基因，有 118 個共有的冷響應(yīng)特異表達基因。1.6 水稻花藥研究進展花中的花藥在有性繁殖中發(fā)揮重要作用，水稻雄蕊在生殖發(fā)育期對包括低溫在內(nèi)的非生物脅迫非常敏感[46]。前人使用微陣列芯片技術(shù)來進行對花藥的轉(zhuǎn)錄組和控制花藥發(fā)育基因的探索，為了分析絨氈層細胞的分泌物和功能，已對水稻花藥發(fā)育六個階段的轉(zhuǎn)錄組進行測序其轉(zhuǎn)錄組包含至少 18000 個獨有的轉(zhuǎn)錄本，其中約 25%的轉(zhuǎn)錄本為反義轉(zhuǎn)錄本。在減數(shù)分裂期提取的花藥轉(zhuǎn)錄本大多數(shù)都是絨氈層所特有的，其中包括一些已經(jīng)被報道的其它物種絨氈層細胞特有的轉(zhuǎn)錄本。對轉(zhuǎn)錄本進行分類主要涉及絨氈層細胞的 2 個生化功能。第一，編碼細胞分泌蛋白：第二，編碼早期花藥發(fā)育脂質(zhì)外壁蛋白合成，其中包括細胞色素 P450、�；D(zhuǎn)移酶和脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白等[47]。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)碩士學(xué)位論文結(jié)果與分析 理想株系的篩選如圖 3-1 所示，以主莖穗結(jié)實率為耐冷性評價指標，根據(jù) 190 個株系 2 年大田冷水狀調(diào)查，結(jié)果顯示冷反應(yīng)結(jié)實率（CRSSR）從 41%到 88%不等，從中初步篩選出冷高結(jié)實率株系 19 個和低結(jié)實率株系 19 個。再利用在親本東農(nóng) 422 和空育 131 間存的 88 對 SSR 引物進行遺傳一致性檢測，并利用 GGT 軟件作親緣關(guān)系聚類分析，所示，從聚類圖中可以看出，E176 株系和 E186 株系遺傳一致性最高且冷脅迫下結(jié)顯著，故選取 E176 株系（耐冷）和 E186 株系（冷敏）為轉(zhuǎn)錄組測序材料。

并利用 GGT 軟件作親緣關(guān)系聚類分析，如圖3-2 所示，從聚類圖中可以看出，E176 株系和 E186 株系遺傳一致性最高且冷脅迫下結(jié)實率差異顯著，故選取 E176 株系（耐冷）和 E186 株系（冷敏）為轉(zhuǎn)錄組測序材料。圖 3-1 篩選株系的結(jié)實率Figure 3-1 Seedling rate of screening lines圖 3-2 篩選株系基于 SSR 的聚類分析Figure 3-2 Clustering analysis of screening lines based on SSR

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本文編號：2757148