本文關(guān)鍵詞：甘藍型油菜低溫誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄組和蛋白組分析　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：低溫限制著植物的生長發(fā)育和地理分布,在全世界,每年因低溫傷害造成的農(nóng)作物損失高達數(shù)千億美元,因此,對植物抗寒調(diào)控機制和抗寒育種的研究有著極為迫切的現(xiàn)實需求。甘藍型油菜(Brassica napus L.)作為重要的油料作物在全球范圍內(nèi)廣泛種植,對低溫環(huán)境具有較強的耐受性,蘊藏著豐富的抗寒基因。本研究以抗寒性較強的甘藍型冬油菜L9為實驗材料,分別在4℃條件下取脅迫0 h、2 h、6 h、12 h和24 h五個點取樣,通過生理生化分析、切片觀察、轉(zhuǎn)錄組測序分析和蛋白組測序分析,從RNA和蛋白質(zhì)水平研究甘藍型油菜葉片對低溫脅迫的響應(yīng)機制,結(jié)果總結(jié)如下:1.甘藍型油菜響應(yīng)低溫脅迫的生理生化變化在4℃低溫脅迫下,油菜葉片形態(tài)發(fā)生輕微變化,進一步的生理生化研究發(fā)現(xiàn),耐寒品系L9比敏感品系L7響應(yīng)低溫脅迫更迅速,耐寒性更強。脯氨酸含量、可溶性糖含量、L7葉片電導(dǎo)率、L9葉綠素a、b含量隨脅迫處理時間的延長含量上升,而L9葉片電導(dǎo)率和L7葉綠素a、b含量隨脅迫處理時間的延長含量下降。透射電鏡觀察更進一步發(fā)現(xiàn),在低溫誘導(dǎo)下,葉綠體基粒片層結(jié)構(gòu)逐步彌散,線粒體數(shù)目顯著增加,這些細胞學指標可以為抗寒性鑒定提供參考。2.甘藍型油菜低溫誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄組分析通過高通量測序及生物信息學分析,從4℃低溫脅迫0 h、2 h、6 h、12 h和24h下的甘藍型油菜葉片轉(zhuǎn)錄本中組裝出71280-90041個unigene,其中不同集群的有31789-38201個,不同singletons的有39491-51840個,平均讀長492 bp,可歸類到25個COG分類中。比較不同的處理,發(fā)現(xiàn)低溫脅迫12 h后有18641個(8499上調(diào),10142個下調(diào))基因表現(xiàn)差異,數(shù)量最多,其次是24 h(17824個)、6 h(7901個)、2 h(3198個)。差異基因聚類分析后得到13個類群,依據(jù)表達趨勢劃分為3大類。并且發(fā)現(xiàn)了大量和生物調(diào)控、免疫過程、代謝過程和應(yīng)激響應(yīng)等相關(guān)的差異功能基因,這些基因多數(shù)顯著富集在植物晝夜節(jié)律、植物-病原菌互作、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及次生代謝物生物合成等通路中。3.ap2/erf轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)低溫脅迫的動態(tài)調(diào)控對甘藍型油菜4℃低溫脅迫2h、6h、12h及24h下的全基因組轉(zhuǎn)錄本進行比對分析,鑒定出132個ap2/erf轉(zhuǎn)錄因子,經(jīng)聚類分析結(jié)果表明,這些轉(zhuǎn)錄因子可聚為4個亞族13個亞組,其中dreb亞族和erf亞族聚有114個基因,未發(fā)現(xiàn)有基因聚到soloist亞族和dreba3亞組。經(jīng)染色體定位分析,有118個基因非均勻地分布在a1-c9染色體上,其中a9和c7分布最多,a5和c4分布最少。go功能分析發(fā)現(xiàn)這些基因參與增強植物抗寒性的多種分子功能途徑中,在不同低溫脅迫階段,ap2/erf亞族之間表現(xiàn)一種動態(tài)調(diào)控,rav亞族和dreb亞族響應(yīng)低溫脅迫比較迅速,ap2亞族后期才逐漸對低溫脅迫進行響應(yīng);erf亞族和dreb亞族是參與低溫調(diào)控的兩個主要亞族,rav亞族通過正調(diào)控在植物抗寒過程中發(fā)揮作用。將4個脅迫階段均出現(xiàn)差異表達的13個ap2/erf轉(zhuǎn)錄因子進行定量pcr驗證,表明差異表達趨勢與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)結(jié)果一致。4.甘藍型油菜低溫誘導(dǎo)的蛋白組分析通過itraq測序分析,從4℃低溫脅迫0h、2h、6h、12h和24h下的甘藍型油菜葉片肽段圖譜中,鑒定到3148個蛋白質(zhì),肽鏈長度主要分布在8-13aa之間。經(jīng)過go功能注釋和通路分析,鑒定到的蛋白質(zhì)被注釋到53條go條目和123條通路中。兩兩比較不同處理發(fā)現(xiàn),在低溫脅迫24h的情況下差異蛋白質(zhì)最多,在572個蛋白質(zhì)中有320個表現(xiàn)上調(diào),252個表現(xiàn)下調(diào)。通路富集分析表明,低溫脅迫2h后,顯著富集的通路包括光合天線蛋白和類胡蘿卜素生物合成途徑;6h后顯著富集在賴氨酸、光合天線蛋白、氨基丙酸和組氨酸等4個途徑中;在12h后顯著富集在光合天線蛋白、光合作用、吞噬體和乙醛酸鹽-羧酸鹽新陳代謝等4個途徑中;在24h后則顯著富集在光合天線蛋白、甘油磷脂新陳代謝和植物-病原菌互作3個途徑中。5.低溫誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄組和蛋白組關(guān)聯(lián)分析將本實驗中的轉(zhuǎn)錄組和蛋白組差異表達基因進行關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),低溫脅迫的所有階段中,具有相同趨勢的可關(guān)聯(lián)差異基因有177個,可注釋在40條go條目中,并在不同的階段,表現(xiàn)一種動態(tài)變化。在分子功能中,主要為催化活性和結(jié)合通路;在生物過程中,主要為代謝過程和細胞生理過程,在刺激應(yīng)答通路也注釋了較多的關(guān)聯(lián)基因。這些具有相同趨勢的關(guān)聯(lián)差異基因在次生物質(zhì)代謝、激素信號通路、植物-病原菌互作等通路明顯富集。對低溫誘導(dǎo)的甘藍型油菜葉片轉(zhuǎn)錄組和蛋白組表達趨勢相反的差異基因進行GO功能分類,發(fā)現(xiàn)可關(guān)聯(lián)差異基因有135個,被注釋在37條GO條目中,并在不同的階段,也表現(xiàn)動態(tài)變化,且注釋GO條目、通路富集結(jié)果與相同趨勢關(guān)聯(lián)基因分析結(jié)果相同。
[Abstract]:The response mechanism of Brassica napus L . to low temperature stress was studied by means of physiological and biochemical analysis , section observation , transcription group sequencing analysis and protein group sequencing . In this paper , we identified 132 ap2 / erf transcription factors . In this experiment , we found that there were 177 genes with the same trend in photosynthetic antenna protein , photosynthetic antenna protein , phagocytotic body and glyoxalic acid salt - carboxylate metabolism .

【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S565.4

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本文編號：1440919