本文關(guān)鍵詞：毛竹筍生長時(shí)空變化規(guī)律和生長素相關(guān)基因分析　出處：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：毛竹(Phyllostachys edulis)占我國所有竹林栽培總面積的70%左右。毛竹林其筍奇特的快速生長模式一直以來備受研究者關(guān)注。毛竹基因組及轉(zhuǎn)錄組相關(guān)分析表明,毛竹筍快速生長發(fā)育與其體內(nèi)復(fù)雜的生長素相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。然而迄今為止關(guān)于生長素相關(guān)基因在毛竹快速生長過程中的表達(dá)調(diào)控機(jī)制仍是個(gè)空白。因此,對(duì)毛竹快速生長發(fā)育過程中的生長素相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究具有重要意義。本研究利用石蠟組織切片、掃描電鏡等技術(shù)方法對(duì)毛竹快速生長過程中頂端分生組織及節(jié)間分生組織的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究;以七個(gè)不同生長發(fā)育時(shí)期(S1-S7)的竹筍頂端的居間分生組織為材料,以生長發(fā)育停止的當(dāng)年生莖稈作為對(duì)照(CK),利用Hiseq2000高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)進(jìn)行深度測(cè)序;比較轉(zhuǎn)錄組水平生長素相關(guān)基因表達(dá)豐度的差異,分析毛竹快速生長過程中存在的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),預(yù)測(cè)激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑差異表達(dá)基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò);利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)毛竹快速生長過程中生長素相關(guān)基因的可變剪接現(xiàn)象展開分析;根據(jù)基因表達(dá)的數(shù)據(jù),可變剪接數(shù)據(jù)以及解剖結(jié)構(gòu)對(duì)筍生長不同時(shí)期進(jìn)行劃分;通過基因工程技術(shù)將毛竹快速生長過程中生長素相關(guān)基因轉(zhuǎn)入擬南芥,展開后續(xù)的功能驗(yàn)證等工作。該研究揭示了竹筍快速生長過程中解剖結(jié)構(gòu)及基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;構(gòu)建了筍快速生長過程中生長素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因參與的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),初步明晰了生長素相關(guān)基因在毛竹快速生長過程中所起的作用;為毛竹筍生長過程的分子生物學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:1.解剖結(jié)構(gòu)分析表明在S1至S7階段,位于竹筍頂端的頂端分生組織保持旺盛的分裂能力,其中在筍生長的冬筍期(S1)和前期(S2-S5),大量的居間分生組織保持著旺盛的有絲分裂能力,而在生長的后期(S6和S7),有絲分裂能力逐漸減弱。2.通過lllumina HiSeq TM 2000平臺(tái)分別對(duì)七個(gè)不同生長發(fā)育時(shí)期的筍和展葉后的毛竹莖稈開展轉(zhuǎn)錄測(cè)序研究。與成熟莖稈相比,共鑒定出9431個(gè)基因至少在筍生長發(fā)育的一個(gè)時(shí)期差異表達(dá)。(log≥2;FDR≤0.01)。根據(jù)不同樣品之間的聚類分析,毛竹筍生長可劃分為4個(gè)時(shí)期:冬筍期(S1)、快速生長前期(S2-S5)、快速生長后期(S6-S7)以及成熟期(CK)。GO分析表明植物激素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、細(xì)胞對(duì)生長素刺激響應(yīng),細(xì)胞對(duì)內(nèi)源刺激響應(yīng)在毛竹筍快速生長過程中扮演著重要角色。基因表達(dá)量分析表明大量參與植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因以及細(xì)胞周期相關(guān)的基因差異表達(dá)。在預(yù)測(cè)的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中,生長素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因在其中起著舉足輕重的作用。而AUX/IAA家族和AUX/LAX家族成員在其中位于較為中心的位置。其中PH01000025G1600在所有植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因有最多的連接數(shù),為13個(gè)。3.可變剪接現(xiàn)象(Alternative splicing)分析表明60.74%毛竹基因組的基因存在可變剪接現(xiàn)象。毛竹中的最普遍的AS類型是內(nèi)含子保留,占所有可變剪接事件的27.43%。而外顯子跳讀僅占11.73%。根據(jù)同源異構(gòu)體(Isoform)表達(dá)數(shù)據(jù)的聚類分析,竹筍生長可以劃分為4個(gè)不同生長時(shí)期,包括冬筍期(S1)、快速生長前期(S2-S5)、快速生長后期(S6和S7)和成熟期(CK)�？勺兗艚訑�(shù)量在冬筍中最高,其次是快速生長前期,再次是快速生長后期,而在成熟期中可變剪接數(shù)量最低。同源異構(gòu)體作為可變剪接的產(chǎn)物它們的表達(dá)數(shù)據(jù)聚類劃分結(jié)果與基因表達(dá)的聚類分析結(jié)果高度一致,也與筍解剖結(jié)構(gòu)反應(yīng)的結(jié)果一致。AUX/IAA家族和AUX/LAX家族作為重要的生長素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因家族均存在大量的同源異構(gòu)體,而其中的絕大多數(shù)均具備完整的功能結(jié)構(gòu)域。同源異構(gòu)體表達(dá)量分析表明它們中的絕大多數(shù)在筍快速生長過程中呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)。4.生長素相關(guān)基因在植物的生長發(fā)育過程中起著不可替代的作用。在本研究中,我們分離了毛竹3個(gè)AUX/IAA基因,AUX/LAX1基因的克隆工作已在2014年完成(張春玲,2014)。分別命名為PheIAA1、PheIAA2、PheIAA3和PheLAX1。在外源生長素IAA處理3個(gè)月大的毛竹幼苗后PheIAA1、PheIAA2先表現(xiàn)出上調(diào)表達(dá)趨勢(shì),而表達(dá)量從處理后第6 h開始逐漸下降。PheIAA3先呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá),隨后表達(dá)量恢復(fù)到正常水平。PheLAX1在外源生長素(IAA)處理后則一直呈現(xiàn)下調(diào)趨勢(shì)。在生長素抑制劑(NPA)處理后,4個(gè)基因的表達(dá)量均呈現(xiàn)出不同程度的下調(diào)。5.亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)PheIAA1、PheIAA2和PheIAA3定位于細(xì)胞核,呈現(xiàn)典型的轉(zhuǎn)錄抑制因子特征。PheLAX1定位于細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)。PheLAX1的轉(zhuǎn)基因株系與野生型相比,植株葉片變小,并且分枝增多。本研究已經(jīng)得到3個(gè)AUX/IAA基因的T2代擬南芥轉(zhuǎn)基因株系,為后續(xù)分析它們?cè)诿窨焖偕L過程中具體的功能作用奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S795.7

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本文編號(hào)：1327201