本文關(guān)鍵詞： 棉花 鹽脅迫 轉(zhuǎn)錄組 萌發(fā) 轉(zhuǎn)錄因子　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：棉花(Gossypium hirsutum L.)是我國(guó)最重要的農(nóng)作物之一,是農(nóng)民增收和滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的重要戰(zhàn)略性物資。萌發(fā)是種子生命周期的起始,對(duì)植物生命歷程具有決定性的作用,然而外界環(huán)境變化對(duì)種子萌發(fā)具有關(guān)鍵性的影響。我國(guó)6.7%以上的耕地為鹽堿地,相比其它作物,棉花對(duì)土壤鹽堿的耐受力相對(duì)較高,但含鹽量0.3%以上的土壤仍嚴(yán)重抑制棉花種子的萌發(fā),影響其成苗率,從而成為棉花鹽堿地種植的關(guān)鍵限制因素。近年來(lái),由于氣候變化加劇,土壤鹽堿化加重,加之棉花產(chǎn)區(qū)向鹽堿程度較高的東部沿海和西北內(nèi)陸地區(qū)集中,鹽害脅迫已經(jīng)成為棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要限制因素。本研究利用我國(guó)棉花主栽品種柯字棉73為研究材料,通過(guò)分析不同鹽濃度下的萌發(fā)率,確定0.6%和0.8%Na Cl作為實(shí)驗(yàn)濃度,利用RNA-Seq分析種子萌發(fā)過(guò)程中基因表達(dá)動(dòng)態(tài)變化。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和生物信息學(xué)分析,主要獲得如下的結(jié)果:1)萌發(fā)實(shí)驗(yàn)表明,外界鹽濃度為0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、2.0%時(shí),柯字棉種子萌發(fā)率依次為:100.00%、83.33%、73.33%、66.67%、46.67%、10.00%、0.00%、0.00%。外界鹽濃度高于1.0%時(shí),棉花種子幾乎不能萌發(fā)。結(jié)合棉花實(shí)際栽培環(huán)境常遇到的鹽害濃度,選取0.6%和0.8%鹽濃度作為轉(zhuǎn)錄組實(shí)驗(yàn)濃度。2)RNA-Seq共獲得114,139,977條clean reads,其中87%的clean reads可以比對(duì)到陸地棉基因組序列,以|log2(fold change)|1(2倍以上差異表達(dá))和FDR≤0.001為標(biāo)準(zhǔn),共獲得26650個(gè)差異表達(dá)的基因(Differentially expressed genes,DEGs)。3)分析表明,隨著鹽處理時(shí)間的延長(zhǎng),差異表達(dá)基因數(shù)目逐漸上升;而不同鹽濃度下,同一時(shí)間點(diǎn)0.8%Na Cl處理樣本差異表達(dá)基因明顯高于0.6%Na Cl濃度。不同萌發(fā)時(shí)間點(diǎn)比較,0%Na Cl對(duì)照組、0.6%Na Cl和0.8%Na Cl條件下,4h和0h相比較差異基因的個(gè)數(shù)依次為:1483、315和869;8h和4h相比,差異基因個(gè)數(shù)依次為:1603、1613和942;24h和8h相比較,差異基因依次為:13625、4604和3885。相同時(shí)間點(diǎn),不同鹽濃度處理下,和對(duì)照組相比較,0.6%和0.8%Na Cl濃度條件下差異表達(dá)基因分別為:4h,914(0.6%)和1529(0.8%);8h,625(0.6%)和1146(0.8%);24h,10649(0.6%)和15552(0.8%)。以上數(shù)據(jù)表明種子萌發(fā)過(guò)程,不同時(shí)間點(diǎn)發(fā)生著不同的生理變化,需要不同類型和數(shù)量的基因調(diào)控;而萌發(fā)過(guò)程對(duì)不同濃度的鹽逆境存在相同和相異的表達(dá)調(diào)控。4)轉(zhuǎn)錄因子在生物學(xué)發(fā)育、逆境響應(yīng)等過(guò)程都有重要的調(diào)控作用。本實(shí)驗(yàn)共有74個(gè)家族、1053個(gè)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因表達(dá)發(fā)生顯著性的變化,包括ERF(138)、b HLH(103)、WRKY(93)、NAC(66)、ARF(51)、GATA(48)、MYB(44)、HSF(36)、Trihelix(35)等;而且這些轉(zhuǎn)錄因子在不同的時(shí)間點(diǎn)呈現(xiàn)不同的分布,比如4h時(shí)主要的差異轉(zhuǎn)錄因子為ERF(38)、WRKY(28)、GATA(12)等,8h時(shí)主要為WRKY(16)、HSF(12)、ERF(11)等,而24h時(shí)主要為ERF(90)、b HLH(63)、WRKY(59)等,說(shuō)明種子萌發(fā)不同的時(shí)期需要不同的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控,而很多轉(zhuǎn)錄因子又具有相對(duì)特異性的調(diào)控功能。很多轉(zhuǎn)錄因子成員被研究報(bào)道參與植物逆境下萌發(fā)或發(fā)育等調(diào)控或響應(yīng),進(jìn)一步證明這些轉(zhuǎn)錄因子在逆境條件下種子萌發(fā)中具有重要的生物學(xué)功能。5)根據(jù)基因連續(xù)時(shí)間表達(dá)特征,利用K-mean分析可以將差異表達(dá)基因分為30個(gè)聚類。對(duì)不同聚類的基因進(jìn)一步GO發(fā)現(xiàn):聚類7、8、10與轉(zhuǎn)錄過(guò)程、DNA修復(fù)、RNA加工和泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解有關(guān);聚類21主要富集細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑;聚類1、6、12、14主要富集碳水化合物代謝、物質(zhì)運(yùn)輸、微管運(yùn)動(dòng)、新陳代謝過(guò)程;聚類4、5主要與逆境應(yīng)答過(guò)程相關(guān);聚類15、20、24、28主要參與翻譯過(guò)程;而聚類2、13主要參與蛋白質(zhì)磷酸化過(guò)程。6)Pathway分析表明,萌發(fā)后4h、8h、24h三個(gè)時(shí)間點(diǎn),0.6%Na Cl濃度下表現(xiàn)出差異的基因有54個(gè),pathway顯著富集在糖代謝通路,PFP酶和PFK酶有顯著差異。0.8%Na Cl濃度下表現(xiàn)出差異的基因有168個(gè),pathway富集結(jié)果顯示次生代謝物的生物合成、谷胱甘肽代謝、蛋白質(zhì)加工、糖酵解/葡萄糖途徑、碳代謝有顯著差異。兩個(gè)濃度下都有差異的基因有17個(gè)。7)對(duì)差異基因在A-、D-亞基因組比較分析發(fā)現(xiàn),差異基因中,A-亞基因組表達(dá)的基因有12990個(gè),包括509個(gè)轉(zhuǎn)錄因子;D-亞基因組表達(dá)的基因有13384個(gè),包括534個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。對(duì)這些基因pathway分析發(fā)現(xiàn)他們大多富集在相似的代謝途徑。此外,A-亞基因組有8960個(gè)同源基因、D-亞基因組有9008個(gè)同源基因表達(dá)。以上結(jié)果表明,棉花A-亞基因組和D-亞基因組對(duì)棉花耐鹽響應(yīng)不具有明顯的差異。綜上,利用轉(zhuǎn)錄組實(shí)時(shí)分析,本研究獲得了一系列鹽逆境下種子萌發(fā)差異表達(dá)基因。這些基因的獲得,一方面驗(yàn)證了棉花中耐鹽響應(yīng)同源基因的誘導(dǎo)表達(dá),另外獲得了更多棉花鹽脅迫響應(yīng)特異的基因。實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)錄組分析提供了棉花種子萌發(fā)過(guò)程轉(zhuǎn)錄調(diào)控的全局性認(rèn)識(shí),同時(shí)也為深入研究逆境條件下種子萌發(fā)提供了更多的基因源。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)于棉花耐逆基因工程和耐逆育種具有一定的參考價(jià)值。
[Abstract]:The results were as follows : 1 ) The germination rate of cotton was 100 . 00 % , 83.33 % , 73.33 % , 66.67 % , 46.67 % , 10.00 % , 0.00 % . The results showed that the number of differentially expressed genes increased gradually with the time of salt treatment . The results showed that there were 12990 genes with different transcription factors . The results showed that there were 12990 genes , including 509 transcription factors , HLH ( 63 ) , WRKY ( 59 ) in different time points . In this study , we have obtained a series of genes for differential expression of seed germination under adverse conditions of cotton by using transcriptome real - time analysis . On the one hand , we have verified the induction expression of salt - tolerant response homologous genes in cotton , and also obtained the genes specific for the stress response of cotton seeds . In addition , we provide more gene sources for the germination of cotton seeds .

【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S562;Q943.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1499611