玉米是我國乃至世界上種植最為廣泛的糧食作物之一,種植面積僅次于小麥和水稻。玉米在生產(chǎn)生活中扮演了非常重要的角色。種子萌發(fā)是一個受到多種因素調控的生物過程,通過種子萌發(fā),成熟種子的胚根可以穿破種皮萌發(fā)長成幼苗,玉米種子的萌發(fā)關系到玉米產(chǎn)量的穩(wěn)定。影響玉米種子萌發(fā)的因素有很多,包括植物激素、環(huán)境脅迫例如鹽脅迫等。而其中鹽脅迫對玉米種子萌發(fā)的影響正是本實驗研究的重點。我國的鹽堿地面積近一億公頃,大多分布在北方地區(qū),與我國的玉米產(chǎn)區(qū)重合,對于玉米種子在萌發(fā)過程中對鹽脅迫響應的探究有助于我國北方玉米主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。單子葉植物和雙子葉植物在種子形態(tài)上有巨大差異,單子葉植物有較厚的胚乳層將胚包裹,而在雙子葉植物成熟的種子中基本沒有胚乳層,因此以擬南芥為模式植物的研究結果不能完全被玉米研究借鑒。所以我們選取玉米為材料,來研究胚乳和胚在萌發(fā)過程中尤其是在逆境條件下萌發(fā)過程中的功能和相互調節(jié)的機理。我們通過一系列生理生化、分子生物學和生物信息學手段研究了NaCl脅迫條件下玉米萌發(fā)的調控機理。我們得到以下結果:(1)通過對表型進行觀察統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)單獨的胚能夠在200 mM NaCl處理下萌發(fā),而完整的種子則受到鹽脅迫的高度抑制不能萌發(fā)。這暗示了玉米胚乳可能在鹽脅迫信號的感知和鹽脅迫信號向周圍組織(例如玉米的胚)的傳遞中發(fā)揮作用。(2)通過免疫熒光方法分析了玉米種子內ABA在不同組織內的分布,結果表明,在NaCl處理下,離體的胚中的ABA水平?jīng)]有明顯上升,表明ABA水平的升高依賴于玉米種子的胚乳。(3)通過使用轉錄組測序和基于SWATH-MS的定量蛋白質組學等先進的分析技術,我們發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下的胚和胚乳之間基因表達和蛋白質表達差異較少,但是它們之間存在大量的可變剪切和由這些剪切本編碼的新蛋白,這表明在玉米萌發(fā)的早期響應鹽脅迫的過程中,可變剪切的調控是進行這一過程的關鍵。(4)轉錄組結果還表明鹽脅迫條件下,超過200個剪切因子和轉錄因子進行了大量的可變剪切。并且鹽脅迫下有數(shù)十個剪接因子的蛋白質水平發(fā)生改變,這一結果為進一步的功能研究提供了有價值的線索。總的來說,我們的結果表明,玉米通過胚乳感受到鹽脅迫并作出響應;可變剪切可在玉米種子萌發(fā)期間對鹽脅迫的早期響應過程中起重要作用。但是,在胚和胚乳之間的信號轉導的機制仍有待闡明。
【學位單位】：山東農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

山東農業(yè)大學碩士學位論文33圖3-1鹽脅迫抑制玉米的萌發(fā)（A）在用0mM、50mM、100mM、150mM和200mM的NaCl處理后，玉米自交系B73的種子萌發(fā)的表型。（B）玉米種子在不同濃度鹽處理后1-4d的萌發(fā)率統(tǒng)計。數(shù)據(jù)代表三個重復樣本的平均值±SEM，A和B中各有50個種子。不同的字母代表差異的顯著性（基于Student’sT-test，P<0.05）。Fig.3-1SaltStressinhibitedseedgermination.(A)Phenotypeoftheseedgerminationofwild-type(B73)afterimbibitionwith0,50,100,150and200mMNaCl.(B)Germinationrateofmaizeseedsfor1-4days.NG=Nogermination.Datarepresentthemeans±SEMofthreereplicates,with50seedseachinAandB.Differentlettersrepresentsignificantlydifferences(P<0.05,basedonStudent’sT-test).圖3-2不同脅迫和不同激素處理下不同部位玉米種子的萌發(fā)率。

山東農業(yè)大學碩士學位論文33圖3-1鹽脅迫抑制玉米的萌發(fā)（A）在用0mM、50mM、100mM、150mM和200mM的NaCl處理后，玉米自交系B73的種子萌發(fā)的表型。（B）玉米種子在不同濃度鹽處理后1-4d的萌發(fā)率統(tǒng)計。數(shù)據(jù)代表三個重復樣本的平均值±SEM，A和B中各有50個種子。不同的字母代表差異的顯著性（基于Student’sT-test，P<0.05）。Fig.3-1SaltStressinhibitedseedgermination.(A)Phenotypeoftheseedgerminationofwild-type(B73)afterimbibitionwith0,50,100,150and200mMNaCl.(B)Germinationrateofmaizeseedsfor1-4days.NG=Nogermination.Datarepresentthemeans±SEMofthreereplicates,with50seedseachinAandB.Differentlettersrepresentsignificantlydifferences(P<0.05,basedonStudent’sT-test).圖3-2不同脅迫和不同激素處理下不同部位玉米種子的萌發(fā)率。

山東農業(yè)大學碩士學位論文353C）。我們在這些信號通路中發(fā)現(xiàn)，參與上述信號通路發(fā)生差異剪切的基因在胚和胚乳中具有差異性和統(tǒng)一性（圖3-3D）。以上結果表明，在早期的鹽脅迫信號響應過程中，玉米種子的胚和胚乳在鹽脅迫下起不同的作用。而且，可變剪切有可能是玉米響應鹽脅迫主要調控方式。圖3-3鹽脅迫下下玉米萌發(fā)期間差異表達基因（DEGs）和差異剪切（DPTEs）的比較（A）用水（CE或CR）和200mMNaCl（SE或SR）處理的胚（E）和胚乳（R）組織中DEG和DAS事件之間的數(shù)據(jù)集比較的韋恩圖。（B）所有樣品中DPTE的鑒定分類。ATS，可變轉錄起始；APA，可變聚腺苷酸化；ALE，可變3’外顯子；AFE，可變5’外顯子；SKIP，外顯子跳躍；IR，內含子保留；MSKIP，多外顯子跳躍；MIR，多內含子保留；AE5’，可變供體；AE3’，可變受體。（C）胚和胚乳組織中DEG和DPTE的KEGG途徑富集分析。其中
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本文編號：2873190