本文選題：基因芯片　切入點(diǎn)：鹽脅迫　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：棉花是世界上重要的經(jīng)濟(jì)作物,其纖維涉及了農(nóng)業(yè)和紡織工業(yè)兩大產(chǎn)業(yè)。棉花是中等耐鹽的作物,棉花響應(yīng)鹽脅迫是多基因參與的復(fù)雜生物學(xué)過程。陸地棉被視為鹽堿地開發(fā)利用的“先鋒作物”以及植物耐鹽機(jī)理研究的模式植物。高鹽脅迫是制約棉花光合作用、呼吸作用、花鈴成果、纖維產(chǎn)量、品質(zhì)和根吸收離子的主要因素之一。目前亟待研究棉花應(yīng)答鹽脅迫分子機(jī)制,發(fā)掘重要基因源,滿足棉花耐鹽遺傳改良的需求。本研究利用Affymetrix公司生產(chǎn)的Cotton Genome Array繪制了鹽脅迫(NaC1)處理3 h、12h和48 h后耐鹽品種“中07”和鹽敏感品種“中G5”的根系表達(dá)譜(共36張芯片數(shù)據(jù)),并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)分析。通過分析正常生長條件下的18張芯片數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)品種間差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄本總數(shù)為2915個(gè),中07根系中上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本有1969個(gè),多參與氨基酸的代謝、蔗糖代謝、氧化還原等生物學(xué)過程。中G5根系中的上調(diào)表達(dá)基因有961個(gè),多與蔗糖合成有關(guān)。鹽脅迫處理不同時(shí)期的芯片數(shù)據(jù)比較分析檢測(cè)到中07特異上調(diào)和下調(diào)的轉(zhuǎn)錄本分別有395個(gè)和498個(gè),而中G5特異上調(diào)和下調(diào)的轉(zhuǎn)錄本分別有513個(gè)和496個(gè)。同時(shí)采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR驗(yàn)證了相關(guān)基因的表達(dá)。GO富集分析結(jié)果表明,兩個(gè)品種在鹽脅迫應(yīng)答的不同時(shí)期存在明顯差異。在鹽脅迫應(yīng)答早期(鹽處理3 h),中G5根系對(duì)鹽脅迫更為敏感,它迅速感知鹽脅迫并對(duì)其做出響應(yīng),抗氧化基因明顯下調(diào),而相關(guān)轉(zhuǎn)錄本在中07根系中沒有明顯變化。隨著鹽處理時(shí)間的延長,中07根系中抗氧化相關(guān)基因被誘導(dǎo)表達(dá),提高了細(xì)胞活性氧清除能力。在鹽脅迫處理后期(48 h),中G5根系的初級(jí)代謝被抑制,而在中07根系中類黃酮和葡聚糖的代謝過程被明顯抑制。以上分析表明,兩個(gè)品種根系鹽脅迫應(yīng)答的動(dòng)態(tài)表達(dá)譜之間存在明顯差異,其對(duì)鹽脅迫獨(dú)特的應(yīng)答反應(yīng)可能與其耐鹽性密切相關(guān)。通過表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn),植物激素、轉(zhuǎn)錄因子等均參與了棉花對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答,此外脂類代謝、次生代謝和各類抗氧化酶相關(guān)基因也可能在鹽脅迫適應(yīng)性中發(fā)揮重要作用。接著,我們對(duì)棉花根系響應(yīng)鹽脅迫和氧化脅迫的關(guān)系進(jìn)行了進(jìn)一步對(duì)比研究。對(duì)陸地棉鹽脅迫和氧化脅迫下的表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析發(fā)現(xiàn),鹽脅迫和甲基紫精(Methyl Viologen, MV)引起的氧化脅迫之間存在一定的協(xié)同性,受鹽脅迫和氧化脅迫共同影響的差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本可能參與植物激素的合成、氧化還原、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、物質(zhì)運(yùn)輸和脂類代謝等過程。我們還利用自行產(chǎn)生和公共平臺(tái)上的315個(gè)基因芯片數(shù)據(jù)構(gòu)建了棉花的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)共包含20480個(gè)探針組。網(wǎng)絡(luò)的可視化基于Cytoscape (http://cytoscapeweb.cytoscape.org/)實(shí)現(xiàn),這一網(wǎng)絡(luò)已整合到GraP數(shù)據(jù)庫中并已對(duì)外發(fā)布。我們利用這一共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)對(duì)棉花耐鹽候選基因進(jìn)行功能預(yù)測(cè)和注釋。綜合考慮兩個(gè)棉花品種間的差異以及鹽脅迫處理后轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)變化,我們選取一批耐鹽候選基因后續(xù)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本研究通過對(duì)鹽脅迫條件下兩個(gè)耐鹽性不同的陸地棉品種(中G5和中07)的根系轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析,剖析了棉花對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答過程和耐受性的可能的分子調(diào)控機(jī)制,同時(shí)發(fā)現(xiàn)棉花根系響應(yīng)鹽脅迫和氧化脅迫存在一定的協(xié)同性,再結(jié)合棉花共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,發(fā)現(xiàn)并篩選了一批與耐鹽相關(guān)的新功能基因。本研究將為棉花根系鹽脅迫應(yīng)答機(jī)制的研究提供重要參考,并促進(jìn)高等植物相關(guān)機(jī)理的研究。
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【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S562;Q943.2
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本文編號(hào)：1638502