土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。堿性土壤呈高pH,易板結(jié),通透性差,肥力低。研究表明,土壤的堿化是由于土壤中含有大量的NaHCO3和Na2CO3成分,造成土壤具有較高的pH,這種堿性土壤往往比含有NaCl和Na2SO4等中性鹽的土壤給植物造成更為嚴(yán)重的傷害。目前對植物的耐鹽機(jī)制已經(jīng)有了廣泛的研究,但對植物堿脅迫抗性機(jī)制的研究還很少,因此迫切需要加強(qiáng)植物尤其是農(nóng)作物耐堿機(jī)制的研究。1山融4號是研究小麥耐堿機(jī)理和耐堿功能基因篩選的良好材料山融4號(Shanrong No.4,簡稱SR4)是從普通小麥濟(jì)南177(Triticum aestivum L.2n=42)與其耐鹽堿近緣屬長穗偃麥草(Thinopyrum ponticum 2n=70)不對稱體細(xì)胞融合雜種中篩選出來的耐鹽漸滲系新品種。在本論文中,我們對山融4號和對照品種在不同鹽堿地、鹽堿池中的產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行了測定。2013年,在東營市孤島馬場的鹽堿地中山融4號和小麥漸滲系耐鹽品種山融3號的生長狀況遠(yuǎn)好于它們的對照親本濟(jì)南177,另外在濰坊市寒亭鹽堿地中山融4號的表現(xiàn)也好于耐鹽小麥的對照品種德抗961。2014年,在東營市墾利縣鹽堿地的種植實(shí)驗(yàn)中,山融4號較山融3號和濟(jì)南177分別增產(chǎn)15.0%和35.4%。在東營市孤島鹽堿地的種植實(shí)驗(yàn)中,山融4號較山融3號和濟(jì)南177分別增產(chǎn)18.6%和42.4%。在人工澆灌的堿池中,山融4號的產(chǎn)量也明顯高于濟(jì)南177和山融3號。綜合上述結(jié)果表明山融4號具有很強(qiáng)的耐堿性。2利用第二代轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)分析小麥根系堿脅迫相關(guān)功能基因我們觀察了濟(jì)南177和山融4號幼苗期在堿脅迫下的表型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,山融4號在幼苗期的生長發(fā)育明顯優(yōu)于親本濟(jì)南177。葉片及根中各項(xiàng)生理生化指標(biāo)測定顯示,山融4號在脯氨酸含量及各種清除酶活性上均優(yōu)于濟(jì)南177,而Na+/K+和丙二醛(MDA)含量則低于濟(jì)南177。我們利用第二代高通量測序技術(shù)分析了對照條件及堿處理0.5 h及24 h條件下,濟(jì)南177和山融4號中的基因表達(dá)變化。在六組樣品中,我們一共獲得了2814938個原始數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)篩選后有1229902條高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。通過與參考數(shù)據(jù)庫的比對,有123730條基因得到注釋。研究發(fā)現(xiàn),在這兩種不同品種的小麥中,堿脅迫條件下差異表達(dá)基因的GO分析富集的途徑是非常相似的,主要集中在各種化合物的代謝過程、脅迫響應(yīng)途徑及物質(zhì)運(yùn)輸途徑。堿脅迫條件下,山融4號在吸收營養(yǎng)所需的陰離子和陽離子,維持植物體內(nèi)pH及根系周圍環(huán)境pH,有效地清除活性氧及表觀遺傳修飾的相關(guān)基因具有表達(dá)優(yōu)勢,可能參與到山融4號對堿脅迫的響應(yīng)機(jī)制。3 Aux/IAA蛋白家族基因TalAA10影響植物對堿脅迫的抗性在轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中,我們找到了一個在堿脅迫下表達(dá)發(fā)生變化、且在山融4號和濟(jì)南177中變化趨勢不同的生長素早期響應(yīng)Aux/IAA蛋白家族基因TaIAA10。之前有研究表明,生長素可以減少堿脅迫的抑制作用,但是具體的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚,所以我們研究了生長素是否影響山融4號對堿脅迫的響應(yīng)。通過觀察比較對照條件、單獨(dú)的堿脅迫條件及同時施加生長素和堿脅迫條件下山融4號的生長狀況,發(fā)現(xiàn)生長素的添加減弱了堿脅迫對山融4號生長的抑制作用。為了驗(yàn)證TalAA10基因的功能,我們構(gòu)建了該基因的小麥過表達(dá)株系(OX)及擬南芥過表達(dá)系(OE)。表型分析顯示,在堿脅迫條件下,野生型小麥葉片明顯萎蔫,葉片變黃,OX系葉片呈現(xiàn)綠色,根長大于野生型,表明TalAA10提高了小麥對堿脅迫的抗性。在NaHCO3及堿性pH處理?xiàng)l件下,擬南芥OE系與野生型在萌發(fā)率上沒有明顯區(qū)別,但萌發(fā)后幼苗的生長明顯好于野生型。幼苗期,OE系在堿性pH條件下的葉片生長及根的相對生長要明顯好于野生型。以上結(jié)果表明：TalAA10可能參與植物對堿脅迫的響應(yīng)過程。4 Aux/IAA蛋白家族基因TalAA10影響植物發(fā)育TalAA10編碼一個Aux/IAA蛋白,主要在細(xì)胞核中定位,具有該蛋白家族的四個保守結(jié)構(gòu)域。TalAA10與短柄草、水稻、高粱及玉米等禾本科植物中同源基因相似性較高。TalAA10過表達(dá)不影響擬南芥種子的萌發(fā)率,但是抑制了幼苗子葉和根的生長,同時導(dǎo)致下胚軸伸長。另外,OX的地上部分,OE系的下胚軸和根喪失了重力性反應(yīng)。觀察正常條件下生長約一周的野生型及OE系,我們發(fā)現(xiàn),OE系不能形成側(cè)根。AtLBD29基因在OE系中的表達(dá)量明顯低于野生型,可能與OE系不能形成側(cè)根相關(guān)。與野生型相比,白光下OE系的下胚軸更長,黑暗下、遠(yuǎn)紅光和藍(lán)光條件下則比野生型短,表明TalAA10參與了光形態(tài)建成過程。TalAA10的表達(dá)量受到NAA的誘導(dǎo),在24 h恢復(fù)至對照水平。OE系植株表現(xiàn)出對高濃度生長素的不敏感性,表明TalAA10可能通過植物體內(nèi)生長素信號途徑來調(diào)控植物的發(fā)育。5 TalAA10通過ABA合成和信號途徑提高植物對非生物脅迫的抗性利用OE系進(jìn)一步探討TalAA10提高植物對非生物脅迫的抗性機(jī)理。在外源添加ABA條件下,OE系在萌發(fā)后幼苗形成及幼苗期的根的生長上表現(xiàn)出更高的耐受性。進(jìn)一步分析顯示,OE系中ABA合成途徑中關(guān)鍵酶AtNCED3及ABA依賴的脅迫應(yīng)答途徑中的AtMYC2、AtRD29B和AtRAB18的表達(dá)顯著上調(diào)；AtAB13、AtABI4和AtABI5的表達(dá)量顯著下調(diào)。擬南芥OE系在滲透脅迫條件下,幼苗期的相對根伸長比野生型要高,表現(xiàn)出對滲透脅迫的抗性。氧化脅迫條件下,OE系與野生型相比,敏感性降低。OE系中AtAPX2及AtSOD的表達(dá)量上調(diào)。與后兩種脅迫處理相比,OE系在ABA處理?xiàng)l件下的表型更明顯,且ABA信號通路相關(guān)基因的表達(dá)變化更大。綜合以上結(jié)果,推測TalAA10主要通過ABA合成及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來調(diào)節(jié)植物對非生物脅迫的響應(yīng)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S512.1;Q943.2
【部分圖文】：

還有生長素響應(yīng)因子（ＡＲＦｓ）和ＳＣＦ邋（ＳＫＰｌ－ＣＤＣ５３／ＣＵＬｌ－Ｆ－ｂｏｘ）復(fù)合逡逑體等，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起重要的調(diào)控作用。這些組分共同建立了完整的生長逡逑素信號途徑（圖１－２）。逡逑Ｉ逡逑８逡逑

４．１．２．４邋ＳＣＦＴ眶化復(fù)合體調(diào)巧Ａｕｘ／ＩＡＡ蛋白的巧解逡逑Ａｕｘ／ＩＡＡ蛋白的不穩(wěn)定性與泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解相關(guān)，在高濃度生長素條逡逑件下容易被降解（圖１－３）。泛素通過Ｓ個步驟結(jié)合到底物蛋白上，第一步是通逡逑過泛素激活酶Ｅｒ激活泛素；第二步是泛素從封酶復(fù)合體轉(zhuǎn)移到泛素轉(zhuǎn)移酶Ｅ２逡逑１１逡逑

Ｈｄｂｄ邋＾逡逑卿邋ｅ逡逑圖１－３邋ＳＣＦ？ＷＢｓ消除Ａｕｘ／ＩＡＡ蛋白阻遏激活ＡＲＦ蛋白的模式圖（Ｗｏｏｄｗａｒｄ邋ａｎｄ逡逑Ｂａｒｔｅｌ邋２００５）。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ＳＣＦＴＩ民邋１邋ｒｅｌｉｅｖｅｓ邋Ａｕｘ／ＩＡＡ邋ｒｅｐｒｅｓｓｉｏ打邋ｏｆ邋ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ邋ＡＲＦｓ．邋（Ａ）Ａ打逡逑ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ邋ＡＲＦ邋ｐｒｏ１：ｅｉｎ邋（ｇｒｅｅｎ）邋ｂｉｎｄｓ邋ａｎ邋ＡｕｘＲＥ邋ｐｒｏｍｏ１；ｅｒ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｖｉａ邋ａｎ邋Ｎ－ｔｅｒｍｉｎａｌ逡逑ＤＮＡ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｄｏｍａｉｎ邋（ＤＢＤ）．邋Ｕｎｄｅｒ邋ｌｏｗ－ａｕｘｉｎ邋ＣＯ打ｄｉｔｉｏｎｓ，邋ａｎ邋Ａｕｘ／ＩＡＡ邋ｒｅｐｒｅｓｓｏｒ逡逑（ｒｅｄ）邋ｂｉｎｄｓ邋化ｅ邋ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ邋ＡＲＦ邋ｖｉａ邋ｈｅ化ｒｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋Ａｕｘ／ＩＡＡ邋ａｎｄ邋ＡＲＦ逡逑１２逡逑

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2820788