【摘要】：一氧化氮(Nitric oxide,NO)作為植物體內(nèi)的信號(hào)分子,在植物的抗逆響應(yīng)中扮演者重要的角色。紫花苜蓿(Medicago sativa)是一類多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草,在各類人工草地栽培中具有重要地位,但干旱一直是制約紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素之一,因此不斷深入紫花苜蓿幼苗的抗旱性研究,對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有決定性作用。本研究以紫花苜蓿為試驗(yàn)材料,采用盆栽試驗(yàn)方法,用聚乙二醇(PEG-6000)作為滲透介質(zhì)模擬干旱脅迫,外源噴施NO供體SNP(硝普鈉),NO抑制劑cPTIO(carboxy-PTIO),采用生理生化和small RNA測(cè)序分析方法,分析干旱脅迫中NO作用下紫花苜蓿幼苗苯丙烷類代謝中非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量、酚類物質(zhì)含量和相關(guān)酶活性的動(dòng)態(tài)變化以及miRNA調(diào)控的變化,探究外源NO對(duì)干旱脅迫下紫花苜蓿幼苗苯丙烷類代謝及miRNA調(diào)控的影響。取得如下研究結(jié)果:(1)研究了外源NO對(duì)干旱脅迫下紫花苜蓿葉片及根系中苯丙烷類代謝前體物質(zhì)非結(jié)構(gòu)性碳水化合物及代謝關(guān)鍵酶的影響,結(jié)果顯示外源NO促進(jìn)了紫花苜蓿葉片中淀粉的分解、根系中淀粉的積累,提高葉片及根系中可溶性糖(蔗糖、果糖和葡萄糖)含量,降低了滲透勢(shì),促進(jìn)細(xì)胞吸水,緩解干旱造成的損傷。此外,外源NO能提高干旱脅迫下紫花苜蓿葉片中SS、AI和NI活性,降低了SPS活性,提高根系中SS、SPS和轉(zhuǎn)化酶活性,使蔗糖的合成與分解處于高水平的動(dòng)態(tài)平衡,增強(qiáng)了紫花苜蓿的抗旱性。而NO清除劑cPTIO則會(huì)不同程度的抑制紫花苜蓿幼苗中NSC及其相關(guān)酶活性。(2)外源NO影響干旱脅迫下紫花苜蓿葉片及根系中苯丙烷類代謝中酚類物質(zhì)的代謝及分配,具體表現(xiàn)為干旱脅迫下外源NO提高了紫花苜蓿葉片及根系中總酚,類黃酮和木質(zhì)素的含量,葉片及根系木質(zhì)素的含量呈先升高后降低的變化趨勢(shì),分別比單獨(dú)干旱脅迫提高了7.52%和17.66%,并且根系中木質(zhì)素的含量要高于葉片,對(duì)外源NO更加敏感。外源NO作用下紫花苜蓿葉片中花青素含量比單獨(dú)干旱脅迫提高了13.53%。此外,外源NO提高了干旱脅迫下紫花苜蓿中PAL和PPO的活性,其可使木質(zhì)素和類黃酮在處理后期仍保持較高的代謝水平。干旱脅迫下NO抑制劑cPTIO則會(huì)不同程度的影響紫花苜蓿幼苗中總酚,類黃酮,木質(zhì)素和花青素的合成及其代謝關(guān)鍵酶的活性,說(shuō)明內(nèi)源NO參與到了酚類物質(zhì)的代謝中。(3)外源NO調(diào)控紫花苜蓿miRNA對(duì)干旱脅迫做出響應(yīng),使用small RNA測(cè)序技術(shù)鑒定了紫花苜蓿中177個(gè)新miRNAs和屬于46家族的90個(gè)已知miRNAs。在PEG樣本中鑒定了32個(gè)差異表達(dá)的miRNAs,為紫花苜蓿中響應(yīng)干旱的miRNAs做了進(jìn)一步的補(bǔ)充,在PEG+SNP樣本鑒定了55個(gè)差異表達(dá)的miRNAs。此外,對(duì)差異表達(dá)的miRNA進(jìn)行了靶基因預(yù)測(cè),在PEG和PEG+SNP樣本中分別有86和157個(gè)潛在靶基因。GO富集分析和KEGG途徑分析顯示紫花苜蓿中許多與植物脅迫耐受性相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程得到富集。外源NO可以啟動(dòng)更多的生物學(xué)過(guò)程及細(xì)胞組分去應(yīng)對(duì)干旱脅迫,外源NO在干旱脅迫下苯丙烷類代謝中發(fā)揮重要作用,干旱脅迫下,miR5214-3p,miR5752a,miR2118,miR399a和miR156g-5p調(diào)控糖質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)體,淀粉酶活性,過(guò)氧化物酶體,蛋白質(zhì)水解酶以及核糖體參與到苯丙烷類代謝前體物質(zhì)NSC的代謝中響應(yīng)外源NO。此外,外源NO調(diào)控miR156g-5p,miR5561-3p和miR156a的靶基因谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶及SPL基因參與到酚類物質(zhì)的代謝中應(yīng)對(duì)干旱脅迫。qRT-PCR定量結(jié)果證實(shí)miRNA譜和測(cè)序結(jié)果一致,并與其靶基因表現(xiàn)出相反的表達(dá)模式。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S541.9
【圖文】：

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士學(xué)位論文差異表達(dá)。如圖 4-4b 所示，14（7 個(gè)上調(diào)，7 個(gè)下調(diào)）個(gè)差異表達(dá)的 miRNA 在 PEGEG+SNP 樣品中均被鑒定到。顯而易見(jiàn)的是 PEG+SNP 樣本中差異表達(dá)的新 miRNA 要EG 樣品中多。由此可見(jiàn)，外源 NO 可以誘導(dǎo)更多新 miRNA 出現(xiàn)�？傊@些新 miR助于闡明干旱脅迫下的干旱響應(yīng)和外源 NO 響應(yīng) miRNA 的調(diào)控機(jī)制。a b

圖 4-3 紫花苜蓿差異表達(dá)保守 miRNA 的熱圖Fig.4-3 Heatmap of differentially-expressed conservedmiRNAs in alfalfa 樣本中差異表達(dá)保守 miRNA 熱圖 b：PEG + SNP 樣本中差異表達(dá)保守 miRNA 熱圖tmap from differentially-expressedconserved miRNA in PEG samples b: Heatmap from differentially-expressed conserved miRNsamples.

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士學(xué)位論文miR399a 和 miR156g-5p 調(diào)控糖質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)體，淀粉酶活性，過(guò)氧化物酶體，蛋白質(zhì)水解酶以及核糖體參與到苯丙烷類代謝前體物質(zhì) NSC 的代謝中響應(yīng)外源 NO。此外，外源 NO 調(diào)控miR156g-5p，miR5561-3p 和 miR156a 的靶基因谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶及 SPL 基因參與到苯丙烷類代謝酚類物質(zhì)的代謝中響應(yīng)干旱脅迫。據(jù)我們所知，我們是首次關(guān)注干旱脅迫下外源 NO調(diào)控植物抗旱 miRNA 作用機(jī)制的研究，該研究將為理解外源 NO 的作用機(jī)理及其應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。因此建議在干旱地區(qū)種植和培育紫花苜蓿幼苗的過(guò)程中，可以考慮通過(guò)外源噴施 0.1 mmol/L NO 增強(qiáng)紫花苜蓿幼苗的適應(yīng)能力，減輕干旱脅迫對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和質(zhì)量損害。靶基因分子功能miRNA代謝過(guò)程

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本文編號(hào)：2788148