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《天津大学》 2017年
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玉米响应盐胁迫的比较转录组学分析与植物耐盐机制研究

杜希龙  
【摘要】:土壤盐渍化是严重影响全球农业的主要环境因素之一,提高作物的耐盐性已成为现代农业生产亟待解决的问题。深入理解植物耐盐的机制,鉴定和挖掘耐盐基因有助于培育耐盐植物新品种。盐胁迫条件下转录组水平的研究对于揭示植物耐盐机理具有十分重要的意义。天塔5是一代高产抗逆玉米杂交种。盐胁迫条件下,生理生化分析表明,天塔5极耐盐,其各项耐盐及生理指标均优于其亲本(母本HOO-108耐盐、父本825盐敏感)。为研究其杂种优势的耐盐表现机制,本研究利用高通量测序技术对天塔5及其父母本进行比较转录组学分析。结果表明,盐胁迫条件下共检测到26112个基因,其中5084个基因在天塔5及其父母本间差异表达。GO功能分析表明差异表达基因在细胞质囊泡、有机酸生物合成和代谢、离子结合与跨膜转运、氧化还原酶反应等过程显著富集。差异表达基因显著富集的代谢通路主要有苯丙素生物合成、类黄酮生物合成、亚麻酸代谢以及植物-病原互作等。鉴于转录因子对基因表达调控的重要作用,本研究进一步比较分析了耐盐性具有显著差异的两个玉米品系(天塔5号和825)中所有转录因子的表达情况。一系列转录因子家族在玉米响应盐胁迫过程中具有不同的表达模式,包括NAC、WRKY、ERF、bZIP、HSF、bHLH和MYB超家族等,说明它们在玉米耐盐反应中起着不同的作用。此外,HSF家族的系统发育分析和实时定量PCR分析结果显示,该家族大多数基因的表达受盐胁迫诱导,但是不同的组或亚组有不同的响应机制。本研究为探索植物盐胁迫响应及耐盐机制研究提供新视角,对挖掘新的候选基因和关键代谢途径,并进一步培育抗逆新品种具有重要意义。中华枸杞(Lycium chinense Mill.)是一种传统中药,富含类胡萝卜素并具有较强的耐盐能力。本研究采用Illumina HiSeq 2000高通量测序获得枸杞转录组数据,并利用生物信息学方法从头组装得到61595个Unigenes,并进行了基因注释与表达分析。结果表明,大量基因可能参与枸杞盐适应性调节,包括离子转运蛋白相关基因、抗氧化基因、HSP及相关转录因子等。本研究还确定了一系列类胡萝卜素生物合成途径的关键基因,利用实时定量PCR和高效液相色谱等方法对这些基因的表达水平,及叶片和成熟果实中类胡萝卜素生物合成及积累情况进行研究,并分析了这些基因生物学功能。本研究首次利用高通量测序技术研究中华枸杞转录组,获得的数据将作为一个重要的遗传资源,对枸杞重要药用成分的生物合成和功能基因组学研究提供基础。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S513

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