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《中国科学院武汉植物园》 2017年
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高羊茅耐高温生理分析及HSP17.8和HSP17.9分子克隆

毕傲月  
【摘要】:高羊茅(Festuca arundinaacea Schreb.)是一种重要的冷季型草坪草,普遍应用在全球温带和过渡带地区,但夏季高温使高羊茅草坪质量下降,严重时引起大面积死亡。因此,高温被认为是发展和利用高羊茅的主要限制因子。热锻炼诱导小分子热激蛋白(sHSP)的积累与植物的耐热性密切相关,因此,研究小分子热激蛋白应答高温胁迫的机制对于高羊茅的遗传育种具有重要的理论意义和应用价值。本研究以高羊茅热敏感'PI234881'、耐热'PI578718'种质为材料,研究高温以及干旱胁迫对高羊茅生理特性的影响,挖掘高羊茅优异耐热基因,揭示转录记忆效应的基因FaHSP77.8和FaHSP17.9的分子特征,为深入研究高羊茅耐热基因功能提供分子基础。主要研究结果如下:1.高羊茅应答高温干旱胁迫的生理特性高温以及干旱胁迫显著提高热敏感和耐热型高羊茅叶片丙二醛(MDA)含量和电解质渗透率(EL),导致细胞膜稳定性下降,且在不同品种中存在较大变异。热敏感型高羊茅超氧化物歧化酶(SOD)活性降低更为显著,H202含量增加更多,表明其受胁迫程度更严重。高羊茅通过提高SOD、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)等酶的活性来保护自身免受伤害。高温以及干旱胁迫显著降低高羊茅叶片叶绿素含量,通过快速叶绿素荧光动力学曲线分析发现,双重胁迫对高羊茅光合性能指数PIABs、推动力DFABs和最大光化学效率(pPo的影响最大,数值最低,高羊茅品种在逆境胁迫下光合特性都有所下降,热敏感型高羊茅光系统Ⅱ功能受损更为严重。2.高羊茅小分子热激蛋白基因的表达特性通过qRT-PCR分析高羊茅小分子热激蛋白HSP17.8、HSPI7.9、HSP18.6和HSP21.9在34℃(4h)-22℃(20h)次高温循环胁迫模式下的表达水平。结果表明,经过多次高温循环胁迫,HSP17.8和HSP17.9表达量显著高于第一次高温胁迫,即具有转录记忆效应;HSP18.和HSP21.9的表达量在每次热胁迫时趋于相近水平,甚至有下降的趋势,为'非记忆基因'。3.高羊茅FaHSP17.8和FHSP17.9的分子克隆基于高羊茅高温胁迫转录组数据,克隆高羊茅FaHSP17.8和HaHSP17.9,cDNA编码区序列全长分别为 489 bp、459bp,分子量分别为17.8K,17KDa,基因组gDNA均无内含子序列;氨基酸多重序列比对和进化树构建表明,FaHSP17.8和FaHSP17.9分别和小麦HSP17.8、水稻HSP17.9有很高的序列同源性(94%,91%),它们的亲缘进化关系在不同分支上,分别属于细胞质Ⅱ类和Ⅰ类小分子热激蛋白;亚细胞定位显示,FaHSP17.8和FaHSP17.9均定位在细胞质/细胞核中;组织特异性表达结果发现,FaHSP17.8和FaHSP17.9在叶片中表达量最高,其次是茎,根中最少。4.高羊茅小分子热激蛋白FaHSP17.9启动子克隆利用染色体步移技术,克隆FaHSP17.9启动子序列,并对其ATG上游917 bp序列进行初步分析。通过PlantCARE数据库,在线预测该基因的顺式作用元件,发现高温胁迫应答元件HSE-motif(CCAAT),可能对FaHSP17.9的热诱导性能起到主要作用。综上所述,我们研究高羊茅抗氧化酶代谢系统的响应和PSⅡ对高温及干旱适应性机制,挖掘高羊茅耐热记忆基因,分析其基本表达特性。本研究为进一步研究记忆基因FaHSP17.8和FaHSP17.9表观遗传修饰模式和基因功能,进而培育耐热高羊茅新品种提供重要的分子基础。
【学位授予单位】:中国科学院武汉植物园
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S688.4

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