本文關(guān)鍵詞：低溫脅迫下兩種桉樹(shù)的生理響應(yīng)特征及轉(zhuǎn)錄表達(dá)差異研究

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【摘要】：低溫是限制植物自然分布和栽培區(qū)帶的主要因素之一,也是世界各國(guó)的自然災(zāi)害之一。因此,研究低溫脅迫對(duì)植物的傷害作用及其機(jī)理、探索植物抗冷凍機(jī)制及其預(yù)防措施,不僅對(duì)于引種栽培具有理論上的指導(dǎo)意義,而且對(duì)于發(fā)展培育較多品種的抗寒植物,增加我國(guó)寒冷地區(qū)植物的生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本研究選擇我國(guó)栽培面積較廣的尾巨桉(E. urophylla×E.grandis)和鄧恩桉(E. Dunnii)為實(shí)驗(yàn)材料,通過(guò)田間栽培馴化,利用生物化學(xué)手段和轉(zhuǎn)錄測(cè)定及RNA-seq技術(shù),從田間表現(xiàn)、室內(nèi)測(cè)試的角度對(duì)兩種桉樹(shù)響應(yīng)低溫脅迫的生理生化和轉(zhuǎn)錄機(jī)制進(jìn)行了較為深入的研究,研究結(jié)果如下： 1)研究發(fā)現(xiàn),在田間尾巨和鄧恩桉對(duì)低溫表現(xiàn)出不同的耐寒適應(yīng)特性,室內(nèi)實(shí)驗(yàn)低溫脅迫下兩種桉樹(shù)的抗氧化酶SOD活性與CAT含量均呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì),表明抗氧化系統(tǒng)在清除氧自由基、抑制膜脂過(guò)氧化方面具有重要作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明,在低溫下鄧恩桉的抗氧化酶SOD. CAT活性高于尾巨桉,MDA含量要低于尾巨桉,這在一定程度上證明鄧恩桉具有較強(qiáng)的低溫適應(yīng)性能力。 2)研究發(fā)現(xiàn),尾巨桉和鄧恩桉應(yīng)答低溫脅迫的差異基因。利用RNA-seq分別測(cè)試分析了冷脅迫(4℃)處理0h和3h的頂芽組織耐寒轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),分別獲得4,622,325,196、4,630,278,946、4,725,887,970和4,026,518,318對(duì)長(zhǎng)度為100bp的Reads。5種常用的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)組裝軟件比較分析,結(jié)果顯示Trinity最適合用于桉樹(shù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)組裝,最終產(chǎn)生了101,325條轉(zhuǎn)錄本(≥200bp),N50為1,134bp、平均長(zhǎng)度為1,946bp,總?cè)萘繛?14.9Mb。在這些轉(zhuǎn)錄本中,64,590(63.74%)條轉(zhuǎn)錄本由功能數(shù)據(jù)庫(kù)成功注釋。去除兩個(gè)桉樹(shù)品種基因型的背景差異后,篩選到8,154個(gè)差異表達(dá)基因(DETs),這些基因可能與特定基因型的分子響應(yīng)相關(guān)。對(duì)這些差異基因進(jìn)行功能聚類分析結(jié)果表明"Response to stress"是顯著富集的GO條目。此外,根據(jù)注釋信息和結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè),在8,154差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄本中,鑒定了253個(gè)編碼轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄本,如NAC和MYB家族成員等,68個(gè)編碼蛋白激酶的轉(zhuǎn)錄本,表明上游調(diào)控元件參加了冷脅迫的響應(yīng)。 3)研究發(fā)現(xiàn),鄧恩桉響應(yīng)不同時(shí)間冷脅迫的轉(zhuǎn)錄組差異。鄧恩桉幼苗分別進(jìn)行4℃冷處理0h,3h,6h,12h以及24h,并進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,共獲得205,325條轉(zhuǎn)錄本(≥300bp),平均長(zhǎng)度為1,701.6bp,N50值為2,827bp,容量為289Mb的桉樹(shù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)。用Blast2GO軟件對(duì)桉樹(shù)總轉(zhuǎn)錄組的205,325條轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行功能注釋,134,358條轉(zhuǎn)錄本(65.4%)的獲得注釋信息。不同處理時(shí)間鄧恩桉樹(shù)轉(zhuǎn)錄組差異分析結(jié)果表明,在0h vs3h、0h vs6h、0h vs12h、0h vs24、3h vs6h、3h vs12h、3h vs24h、6h vs12h、6h vs24h和12h vs24h10個(gè)比較數(shù)據(jù)組差異表達(dá)基因數(shù)目(Log2FC=1, FDR0.5)分別為11,395,11,908,11,901,12,671,8,935,10,641,11,843,9,531、11,489、10,230。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn),隨著冷脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng),越來(lái)越多的基因參與到了冷脅迫響應(yīng)過(guò)程中,且上調(diào)基因的比例逐漸增加,說(shuō)明這些基因可能與鄧恩桉的耐冷機(jī)制相關(guān)。差異基因富集分析顯示,差異基顯著富集在'Response to stress'和'Translational initiation'兩個(gè)GO條目。此外,研究還發(fā)現(xiàn)了586條編碼轉(zhuǎn)錄因子和169條涉及蛋白激酶的轉(zhuǎn)錄本在冷脅迫的過(guò)程中出現(xiàn)了顯著性的差異表達(dá)。 4)本研究構(gòu)建了鄧恩桉與冷脅迫相關(guān)的較為完整的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù),該數(shù)據(jù)庫(kù)將為后續(xù)的基因克隆及其功能研究提供寶貴的資源,也將為桉樹(shù)耐寒機(jī)理、遺傳改良提供分子生物學(xué)信息。
【關(guān)鍵詞】：桉樹(shù) 轉(zhuǎn)錄組 基因注釋 GO富集 差異表達(dá) 轉(zhuǎn)錄因子 蛋白激酶
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S792.39
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-22
• 1.1 桉樹(shù)生態(tài)問(wèn)題的研究11-13
• 1.1.1 桉樹(shù)人工林水分研究11
• 1.1.2 桉樹(shù)人工林養(yǎng)分研究11-12
• 1.1.3 桉樹(shù)人工林化感作用研究12
• 1.1.4 桉樹(shù)生態(tài)問(wèn)題的結(jié)論12-13
• 1.2 耐寒桉樹(shù)資源13-14
• 1.2.1 試驗(yàn)歷史13
• 1.2.2 試驗(yàn)種源13-14
• 1.3 桉樹(shù)耐寒性評(píng)價(jià)方法14-15
• 1.3.1 田間系統(tǒng)測(cè)試14
• 1.3.2 室內(nèi)低溫測(cè)試14-15
• 1.4 桉樹(shù)耐寒生理響應(yīng)15-16
• 1.4.1 桉樹(shù)細(xì)胞膜透性與耐寒相關(guān)性15
• 1.4.2 桉樹(shù)保護(hù)酶活性與耐寒相關(guān)性15
• 1.4.3 細(xì)胞滲透物質(zhì)與耐寒相關(guān)性15-16
• 1.5 桉樹(shù)耐寒分子機(jī)制16-18
• 1.5.1 國(guó)內(nèi)外桉樹(shù)耐寒相關(guān)基因的研究進(jìn)展16
• 1.5.2 抗寒基因表達(dá)譜的研究16-17
• 1.5.3 國(guó)內(nèi)外桉樹(shù)耐寒分子育種研究進(jìn)展17-18
• 1.6 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)在植物轉(zhuǎn)錄研究中的應(yīng)用18-19
• 1.6.1 DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展史18-19
• 1.6.2 第二代測(cè)序技術(shù)在植物轉(zhuǎn)錄組研究中的應(yīng)用19
• 1.7 研究目的意義19-22
• 第二章 鄧恩桉和尾巨桉耐寒形態(tài)及生理指標(biāo)測(cè)定22-29
• 2.1 材料與方法23-25
• 2.1.1 植物材料23
• 2.1.2 研究方法23-25
• 2.2 結(jié)果與討論25-29
• 2.2.1 田間鑒定評(píng)價(jià)25-26
• 2.2.2 室內(nèi)耐寒測(cè)定評(píng)價(jià)26-29
• 第三章 鄧恩桉與尾巨桉轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析29-55
• 3.1 材料與方法31-40
• 3.1.1 研究材料31-32
• 3.1.2 研究方法32-40
• 3.2 結(jié)果與分析40-50
• 3.2.1 鄧恩桉和尾巨桉的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序40-41
• 3.2.2 低溫脅迫下鄧恩桉和尾巨桉的轉(zhuǎn)錄組功能注釋分析41-44
• 3.2.3 鄧恩桉和尾巨桉轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析44-46
• 3.2.4 通過(guò)qRT-PCR對(duì)RNA-Seq結(jié)果驗(yàn)證46-50
• 3.3 討論50-55
• 3.3.1 de novo組裝質(zhì)量的評(píng)估50
• 3.3.2 冷應(yīng)答基因的篩選50-53
• 3.3.3 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)是響應(yīng)冷脅迫的主要方式53-55
• 第四章 鄧恩桉響應(yīng)低溫差異基因表達(dá)譜分析55-74
• 4.1 研究方法57
• 4.1.1 植物材料57
• 4.1.2 研究方法57
• 4.2 結(jié)果57-68
• 4.2.1 不同脅迫時(shí)間下鄧恩桉生理指標(biāo)變化57-58
• 4.2.2 de novo組裝58-59
• 4.2.3 組裝序列的ORF預(yù)測(cè)59-60
• 4.2.4 組裝序列的功能注釋60-61
• 4.2.5 不同程度冷脅迫鄧恩桉轉(zhuǎn)錄組差異分析61-65
• 4.2.6 差異表達(dá)基因的GO/KEGG富集分析65-68
• 4.2.7 鄧恩桉冷響應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶68
• 4.3 討論68-74
• 4.3.1 脯氨酸代謝和喹啉類生物堿的生物合成68-70
• 4.3.2 脅迫響應(yīng)和轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)轉(zhuǎn)錄本70
• 4.3.3 轉(zhuǎn)錄因子類在鄧恩桉抗寒中的作用70-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-86
• 附錄86-102
• 致謝102-104
• 作者簡(jiǎn)歷104

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：703155