【摘要】：我國(guó)柑橘大多栽培在土壤貧瘠的山地和丘陵,這些地區(qū)土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)缺乏,其中缺鐵和缺硼現(xiàn)象最為普遍。組學(xué)是一門(mén)新興的生物學(xué)技術(shù),具有通量高、定量準(zhǔn)、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用各種生物學(xué)研究。利用組學(xué)技術(shù)能夠從基因、轉(zhuǎn)錄、翻譯等水平對(duì)生物現(xiàn)象的分子機(jī)制進(jìn)行全面解析。本研究采用轉(zhuǎn)錄組、Small RNA和離子組技術(shù)對(duì)柑橘缺鐵和缺硼響應(yīng)的分子機(jī)制展開(kāi)研究,具體結(jié)果如下:1柑橘缺鐵的組學(xué)研究以柑橘砧木香橙為材料,通過(guò)水培方式模擬柑橘缺鐵,采用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)比較了缺鐵和對(duì)照葉片之間轉(zhuǎn)錄水平上的差異。(1)發(fā)現(xiàn)缺鐵導(dǎo)致913個(gè)功能基因差異表達(dá),其中598個(gè)基因上調(diào)表達(dá),315個(gè)基因下調(diào)表達(dá)。差異表達(dá)基因涉及91個(gè)代謝途徑,其中葉綠素代謝、光合作用(含天線蛋白)和氮代謝途徑與柑橘缺鐵黃化關(guān)系密切:在葉綠素合成途徑中,缺鐵導(dǎo)致谷氨酰t RNA還原酶(HEMA)、葉綠素(酸酯)b還原酶(NYC1)、香葉基焦磷酸還原酶(Bch P)基因顯著下調(diào)表達(dá),葉綠素酸酯a氧化酶(CAO)基因上調(diào)表達(dá),進(jìn)而導(dǎo)致葉片總?cè)~綠素含量降低、葉綠素a向葉綠素b轉(zhuǎn)化,其中HEMA下調(diào)表達(dá)可能是葉綠素降低的主要原因。在光合作用代謝途徑中,16個(gè)基因下調(diào)表達(dá),這些基因分別編碼光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II的亞基蛋白(Psb W、Psa F、Psa K、Psa N、Psa O),捕光復(fù)合體亞基蛋白(Lhca3、Lhca4、Lhcb1、Lhcb2、Lhcb3、Lhcb4、Lhcb5、Lhcb6)和電子傳遞鏈的鐵氧還蛋白(Pet F)。這些基因的下調(diào)表達(dá)可能是缺鐵情況下導(dǎo)致葉片光合參數(shù)降低的主要原因。在氮代謝途徑中,缺鐵導(dǎo)致編碼硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Nrt),硝酸鹽還原酶(NR)和鐵氧還原蛋白-亞硝酸鹽還原酶(nir A)的基因下調(diào)表達(dá)。這些基因的下調(diào)表達(dá)可能是導(dǎo)致缺鐵葉片氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收和利用受阻的主要原因,進(jìn)而導(dǎo)致柑橘葉片黃化。(2)分離了147個(gè)已知mi RNA和427個(gè)新的mi RNA,其中缺鐵葉片中50個(gè)mi RNA(10個(gè)已知和40個(gè)新的)上調(diào)表達(dá)、31個(gè)mi RNA(16個(gè)已知和15個(gè)新的)下調(diào)表達(dá),表明mi RNA參與了柑橘對(duì)缺鐵脅迫適應(yīng)性的調(diào)控,其中有6個(gè)mi RNA可能在缺鐵脅迫響應(yīng)中起關(guān)鍵作用:與逆境應(yīng)答相關(guān)的mi R172下調(diào)可能增強(qiáng)了缺鐵葉片對(duì)逆境的抵抗能力;與控制生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的mi R319和mi R477上調(diào)可能抑制了植株生長(zhǎng);與抗氧化相關(guān)的mi R397,mi R398和mi R408下調(diào)可能增強(qiáng)了Cu/Zn超氧化物歧化酶活性;與控制木質(zhì)素代謝相關(guān)的mi R397和mi R408的下調(diào)可能增加了木質(zhì)素的積累。2關(guān)于柑橘缺硼的組學(xué)研究以枳砧紐荷爾臍橙(硼低效)和枳砧奉節(jié)臍橙(硼高效)為材料、以砂培的方式模擬柑橘缺硼,采用轉(zhuǎn)錄組研究接穗影響砧木硼吸收的分子機(jī)制。(1)缺硼條件下2個(gè)臍橙硼含量、硼積累量和硼分配變化差異顯著。在硼足量條件下紐荷爾整株、根和葉硼含量顯著高于奉節(jié)臍橙,而在缺硼脅迫下,紐荷爾和奉節(jié)臍橙的整株硼含量差異不顯著、但是紐荷爾成熟葉和幼葉的硼含量顯著低于奉節(jié)臍橙;缺硼脅迫下紐荷爾葉片中的可利用態(tài)硼(自由態(tài)硼和半束縛態(tài)硼)含量顯著低于奉節(jié)臍橙,而根中則相反。(2)缺硼條件下2個(gè)臍橙根尖生長(zhǎng)素、脫落酸和木質(zhì)素變化差異顯著。硼足量條件下2個(gè)臍橙生長(zhǎng)素、脫落酸和木質(zhì)素含量無(wú)顯著差異,但是在缺硼脅迫下:紐荷爾生長(zhǎng)素含量降低程度顯著高于奉節(jié)臍橙、脫落酸含量的升高程度則顯著低于奉節(jié)臍橙,但是木質(zhì)素含量的升高程度顯著高于奉節(jié)臍橙。(3)缺硼條件下奉節(jié)臍橙根尖水通道蛋白基因(NIP5;1,PIP2;2,TIP1;3和TIP2;2)、乙烯和脫落酸合成以及信號(hào)傳導(dǎo)基因(ACO11,ERF,NCED1,Sn RK)的表達(dá)上調(diào)程度高于紐荷爾;與紐荷爾相比,缺硼條件下奉節(jié)臍橙根尖的生長(zhǎng)素水解酶相關(guān)基因(ILR1和ILR4)的表達(dá)顯著下調(diào);奉節(jié)臍橙根尖木質(zhì)素合成基因(PAL,COMT和POD)的表達(dá)上調(diào)程度顯著低于紐荷爾。3 mi R397在柑橘硼毒害響應(yīng)中的作用研究以枳為材料,研究了水培條件下硼毒害對(duì)mi R397和LAC7(mi R397的靶基因)的基因表達(dá)、漆酶活性和木質(zhì)素含量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在過(guò)量硼處理后,枳根和葉中的硼含量顯著增加、mi R397的表達(dá)顯著下調(diào)、mi R397的靶基因LAC7的表達(dá)顯著上調(diào)、漆酶活性和木質(zhì)素含量顯著增加。由于LAC7是mi R397的靶基因,而LAC7編碼漆酶,漆酶又參與木質(zhì)素的合成,因此本研究認(rèn)為在硼毒害脅迫下,可能通過(guò)下調(diào)枳根中的mi R397的表達(dá)來(lái)負(fù)調(diào)控LAC7的轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而促進(jìn)漆酶活性增加、木質(zhì)素的積累。
【圖文】：

鎂-原卟啉合成原葉綠素酸酯的過(guò)程也需要鐵的參與（圖1.1）缺鐵脅迫下葉綠素合成相關(guān)酶活性顯著降低，從而限制了葉綠素的合成。缺鐵不僅抑制葉綠素的合成，還會(huì)影響葉綠體膜、葉綠體蛋白復(fù)合體捕光復(fù)合體的合成。在菠菜缺鐵研究中發(fā)現(xiàn)，缺鐵不僅影響葉綠體數(shù)量和葉綠素的含量、還會(huì)導(dǎo)致葉綠體變小，甚至解體破裂[23]。因此，缺鐵會(huì)導(dǎo)致植物葉綠素的合成受抑制。圖 1.1 鐵在葉綠素合成中的作用[22]Fig. 1.1 The function of iron in chlorophyll biosynthesis鐵參與植物光合作用。光合作用電子傳遞鏈的光系統(tǒng) II、光系統(tǒng) I 和細(xì)胞色素b6f 三個(gè)重要復(fù)合體都含有鐵原子。如圖 1.2 所示，光系統(tǒng) II 中含量有 2 個(gè)鐵原子，1 個(gè)非血紅素鐵與 4 個(gè)組氨酸和 1 個(gè)重碳酸鹽結(jié)合，2 個(gè)鐵原子存在與細(xì)胞色素 b599

圖 1.2 鐵在維持光合電子傳遞鏈結(jié)構(gòu)和功能中的作用[24]Fig. 1.2 The structure and function of iron in photosynthetic electron transferchain鐵是大量植物蛋白質(zhì)的組分。含鐵的蛋白主要有三類：鐵硫蛋白、血紅素蛋白
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S666

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2547493