本文選題：赤霉素　切入點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄調(diào)控　出處：《北京林業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,具有廣泛的工業(yè)用途與重要的生態(tài)價(jià)值。近年來(lái),人們對(duì)木材的需求量在不斷增加,對(duì)木材質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此,林木育種的主要目標(biāo)之一就是提高木材產(chǎn)量,改善木材品質(zhì)。而赤霉素是一類(lèi)重要的植物激素,在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。在林木中,赤霉素可以影響樹(shù)木的生長(zhǎng)、光合作用和木材形成,但產(chǎn)生這些影響的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步探索和揭示。因此,在林木中系統(tǒng)地開(kāi)展響應(yīng)赤霉素轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)制研究具有重要意義。為此,本論文以模式樹(shù)木楊樹(shù)為材料,利用RNA-seq技術(shù)和生物信息學(xué)系統(tǒng)地研究了毛白楊響應(yīng)赤霉素的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式,并結(jié)合關(guān)聯(lián)作圖策略解析赤霉素響應(yīng)基因和非編碼RNA基因內(nèi)的等位變異效應(yīng),發(fā)現(xiàn)與光合、生長(zhǎng)和木材品質(zhì)顯著關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記,揭示lncRNA-miRNA-mRNA對(duì)林木生長(zhǎng)與木材品質(zhì)性狀的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本論文為林木響應(yīng)赤霉素的遺傳調(diào)控研究與分子標(biāo)記輔助育種提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下：1.對(duì)赤霉素處理后的毛白楊進(jìn)行生理生化指標(biāo)、光合、生長(zhǎng)和木材品質(zhì)性狀的測(cè)定與統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示,在赤霉素處理24 h之內(nèi),赤霉素處理對(duì)毛白楊的總蛋白含量、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量均產(chǎn)生顯著影響,其中赤霉素處理后6 h毛白楊的生理變化最明顯。處理后28天,赤霉素可以顯著提高毛白楊的Pn、Gs、Tr樹(shù)高、地莖、綜纖維素含量和纖維長(zhǎng),同時(shí)降低毛白楊的木質(zhì)素含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明赤霉素可以顯著影響毛白楊的生理、光合、生長(zhǎng)與木材品質(zhì)性狀。2.利用RNA-seq技術(shù)檢測(cè)到響應(yīng)赤霉素的1,268個(gè)基因。通路富集分析顯示有87個(gè)基因與細(xì)胞壁、葉綠體分裂、細(xì)胞分裂、細(xì)胞膨脹及光合作用相關(guān)。啟動(dòng)子區(qū)域作用元件的富集分析顯示有37個(gè)與光合作用相關(guān)的赤霉素響應(yīng)基因的啟動(dòng)子區(qū)域包含兩個(gè)赤霉素響應(yīng)作用元件：GARE和嘧啶盒。結(jié)合已知的赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,推測(cè)出一個(gè)參與光合作用的赤霉素響應(yīng)通路。單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)該通路中40個(gè)基因內(nèi)的142個(gè)SNP與光合、生長(zhǎng)和木材品質(zhì)性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個(gè)SNP位點(diǎn)可解釋表型變異的0.01%-20.89%,上位性效應(yīng)分析檢測(cè)到有310對(duì)SNP-SNP互作對(duì)這些性狀產(chǎn)生影響,為光合作用的赤霉素響應(yīng)通路中基因之間的互作提供了證據(jù)。3.利用RNA-seq技術(shù)在全基因組范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)7,655個(gè)毛白楊lncRNA,這些lncRNA表現(xiàn)出比編碼蛋白的mRNA長(zhǎng)度較短、表達(dá)量較低并且種間保守性較差。共發(fā)現(xiàn)響應(yīng)赤霉素的410個(gè)lncRNA,靶基因預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)939個(gè)潛在的順式靶基因和965個(gè)潛在的反式靶基因�；蚬δ茏⑨屌c通路富集分析顯示這些lncRNA的潛在靶基因可能參與林木生長(zhǎng)和木材形成。利用單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析技術(shù)檢測(cè)到20個(gè)lncRNA基因內(nèi)的38個(gè)SNP和158個(gè)靶基因內(nèi)的363個(gè)SNP位點(diǎn)與生長(zhǎng)和木材品質(zhì)性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個(gè)SNP位點(diǎn)可解釋表型變異的2.50%-5.40%。上位效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)312對(duì)SNP-SNP代表lncRNA與靶基因之間的上位效應(yīng),為lncRNA與靶基因的互作提供了間接證據(jù)。4.利用miRNA-seq從毛白楊葉片中發(fā)現(xiàn)292個(gè)已知的miRNA和103個(gè)novel miRNA,其中25個(gè)已知的miRNA和33個(gè)novel miRNA是響應(yīng)赤霉素差異表達(dá)的miRNA.靶基因預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)這58個(gè)響應(yīng)赤霉素的miRNA可能與345個(gè)靶基因互作,靶基因功能注釋與通路富集分析發(fā)現(xiàn)這些靶基因可能與生長(zhǎng)相關(guān)。SNP多樣性分析表明miRNA成熟區(qū)以及靶基因中靶位點(diǎn)區(qū)域保守性較高。利用單標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)到27個(gè)miRNA內(nèi)的38個(gè)SNP以及87個(gè)靶基因內(nèi)的176個(gè)SNP與生長(zhǎng)和光合性狀顯著關(guān)聯(lián)(Q0.10),每一個(gè)SNP位點(diǎn)可解釋表型變異的2.97%-7.13%,推測(cè)這些SNP可能對(duì)生長(zhǎng)和光合性狀有影響。上位效應(yīng)發(fā)現(xiàn)82對(duì)SNP-SNP代表miRNA與靶基因之間的上位效應(yīng),為miRNA與靶基因的互作提供了證據(jù)。5.基因、lncRNA與niRNA之間的互作分析發(fā)現(xiàn)有10個(gè)lncRNA被預(yù)測(cè)為17個(gè)已知miRNA的前體,這17個(gè)miRNA可能與167個(gè)潛在靶基因互作；192個(gè)lncRNA被預(yù)測(cè)為191個(gè)miRNA的靶位點(diǎn)；TCONS_00264314是ptc-miR6459b的target mimic,而TCONS_00015177和TCONS_00013311是ptc-miR169y的target mimics。本文發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的基因、lncRNA與miRNA之間存在復(fù)雜的互作關(guān)系,表明lncRNA和miRNA可能參與生長(zhǎng)素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。
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【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S792.117
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本文編號(hào)：1583954