收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

壳聚糖调控白三叶抗旱机制研究

张艳  
【摘要】:白三叶(Trifolium repens)是豆科三叶草属的一种优良多年生草种,因其具有产量高、牧草品质优良、生物固氮能力强等特点,成为世界各地广泛栽培的豆科牧草,亦被应用于观赏性草坪。然而,白三叶喜冷凉湿润气候,抗旱、耐热性差,干旱成为限制其生产利用的主要逆境胁迫因子。外源添加是一种操作简单、见效快的提高植物抗旱性的方法。壳聚糖(Chitosan,CTS)是一种无毒、无污染的动物源激素,由于其对环境的友好性,被广泛应用于农业生产,其提高植物抗病性与促进内源脱落酸合成相关。多胺(Polyamine,PA)是植物体内广泛存在的生长调节剂,它可以通过与激素互作,增强抗氧化保护能力和光合作用等来提高植物抗旱性。本文将研究在干旱胁迫下,外源CTS和精胺(Spermine,Spm)对白三叶内源PA代谢、激素水平变化以及抗氧化系统的影响,从生理角度揭示CTS调控白三叶抗旱性机制。结合GC-MS和LC-MS技术,分析外源CTS对白三叶差异表达代谢物的影响,不仅能从代谢角度揭示CTS诱导白三叶的抗旱机制,而且可以为联合分析挖掘抗旱基因提供代谢组学数据。通过转录组学分析CTS对白三叶基因表达调控及与抗旱性提高相关的代谢通路,从分子层面揭示CTS提高白三叶抗旱的机制,可以为联合分析挖掘抗旱基因提供转录组学数据。通过联合分析代谢组和转录组数据,挖掘与CTS提高白三叶抗旱性相关的代谢物和基因。初步分析受CTS调控且与多胺合成相关的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase,SAMS)基因在抗旱中的作用,确认SAMS基因是否与抗旱相关。主要研究结果如下:1.外源添加CTS或Spm,可以显著促进白三叶内源PA积累,这种积累是通过上调ADC、SAMDC以及下调Cu AO、PAO的活性及其基因表达实现的;还可以调控内源激素ABA、CTK、GA和IAA。内源PA和激素含量的变化,一方面提高了干旱胁迫下白三叶抗氧化酶活性及其基因表达水平;另一方面,还可以促进总酚和类黄酮的积累。由于上述的调节作用,使得O_2~(·-)、H_2O_2、MDA和EL含量降低,由此可见,外源添加CTS或Spm均可以有效的缓解干旱胁迫诱导产生的伤害。此外,共同添加CTS和Spm比单一使用更为有效。2.利用GC-MS和LC-MS技术进行代谢组学分析发现,干旱条件下外源添加CTS可导致白三叶体内代谢模式发生变化。通过GC-MS技术主要鉴定出碳水化合物、氨基酸、有机酸和一些其他代谢物,而LC-MS技术则主要鉴定出氨基酸、有机酸、次生代谢物和一些其他代谢物。外源CTS通过促进抗旱相关代谢物的积累,提高了胁迫下渗透调节和抗氧化防御能力、维持了能量代谢、缓减了胁迫诱导的氧化性伤害并稳定了细胞膜,从而在提高白三叶抗旱性中发挥重要作用。3.通过转录组分析发现,可被注释的Unigenes为51932个,其中,超过一半的转录本(57.9%)注释到蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)上,21.1%注释到大豆(Glycine max)上。COG功能注释中,转录(transcription)、翻译,核糖体结构和生物起源(translation,ribosomal structure and biogenesis)以及复制重组和修复(replication recombination and repair)所占比例最高。(P+CTS)/P中分别有2460和1124个差异表达基因被上调和下调,其中748和818个基因被注释。外源CTS对干旱下白三叶差异表达基因的影响涉及到许多代谢通路,例如类黄酮代谢通路、ASA和GSH合成通路、光合代谢通路和核糖体蛋白通路。4.共惯性分析发现Unigenes和代谢物之间具有很强的相关性,前两个共有组分的总变差为82.6%,且四个实验组可以明显的被区分开。在关联到的29个主要的代谢通路中,碳水化合物和氨基酸代谢在CTS调节的白三叶抗旱性中发挥了重要的作用。在干旱胁迫下,外源添加CTS会调控这些代谢中的部分关键基因,如β-葡糖苷酶基因、鸟氨酸转氨酶基因(OTC)、氨基丁酸氨基转移酶基因(GABA-T)和与多胺合成相关的亚精胺合成酶基因(SPDS)、SAMS、鸟氨酸脱羧酶基因(ODC)。综上,CTS调控的白三叶抗旱性与上述通路或者基因密切相关。5.通过同源获取及RACE扩增,得到白三叶SAMS全长序列。通过生物信息学分析发现,Tr SAMS编码的蛋白有三个保守结构域,为稳定、亲水蛋白,无跨膜结构,定位在细胞核中。通过对Tr SAMS表达模式分析发现,Tr SAMS可以被非生物胁迫、激素及信号诱导,且在根和叶中的表达具有一定的差别。与野生型相比,过表达Tr SAMS的拟南芥植株内源多胺水平增高,生长及抗旱性增强。综上所述,(1)CTS或Spm可促进干旱胁迫下白三叶内源PAs和激素积累,增强抗氧化防御能力,有效的缓解干旱胁迫诱导产生的伤害。此外,共同添加CTS和Spm比单一使用更为有效;(2)基于GC-MS和LC-MS技术发现,CTS可以诱导干旱条件下白三叶碳水化合物、氨基酸、有机酸、次生代谢物和一些其他代谢物的积累,从而调节胁迫下渗透调节能力、抗氧化代谢、能量代谢、碳平衡和利用、线粒体呼吸作用驱动ATP合成等多种功能,最终在抗旱性上发挥作用;(3)转录组学分析显示,CTS通过调节许多代谢通路中的关键基因,例如类黄酮、ASA和GSH合成通路、光合代谢通路、核糖体蛋白通路,提高胁迫下渗透调节能力、维持能量代谢、增强抗氧化防御,缓减胁迫诱导的氧化性伤害并稳定细胞膜,提高白三叶的抗旱性;(4)使用共惯性分析发现,Unigenes和代谢物之间具有很强的相关性,其中碳水化合物和氨基酸代谢在CTS调节白三叶抗旱性中起重要作用,另外与多胺合成相关的基因SPDS、SAMS、ODC被显著调节;(5)Tr SAMS有三个保守结构域,为稳定、亲水蛋白,无跨膜结构,定位在细胞核中,可被非生物胁迫、激素及信号诱导。与野生型相比,过表达Tr SAMS拟南芥植株的内源多胺水平增高,生长能力和抗旱性增强。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 Lei JI;Siliang CHEN;Guangchao GU;Wei WANG;Jinrui REN;Fang XU;Fangda LI;Jianqiang WU;Dan YANG;Yuehong ZHENG;;通过非靶向代谢组学和转录组学发现人动脉粥样硬化性腹主动脉瘤的潜在生物标志物(英文)[J];Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology);2021年09期
2 杨杰;程建华;董方霆;;靶标代谢组学在不同代谢物群研究中的应用[J];国际药学研究杂志;2015年03期
3 张志军;马红;董继扬;;氢谱磁共振代谢组学在2型糖尿病特征代谢物监测中的应用[J];中国老年学杂志;2018年04期
4 周艳明;郭欣硕;黄新;朱水芳;;基于气相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法在转植酸酶基因玉米代谢物指纹图谱分析中的应用[J];生物技术通讯;2010年06期
5 杨永霞;梁敏锋;陈阿丽;丘翠环;张薇;许静芬;罗来成;;应用核磁共振代谢组学方法分析食管癌患者血清代谢物[J];江苏医药;2010年16期
6 李雅红;孙云;张晓娟;杨佩颖;洪冬洋;王艳;胡平;许争峰;蒋涛;;非靶向代谢组学方法探究母体羊水中先天性心脏病差异代谢物及相关代谢通路[J];临床检验杂志;2020年09期
7 许文轩;李彤;张磊;连烁;稂与恒;胡晓旻;高文卿;宁萌;;急性心肌梗死血浆标志代谢物及相关代谢通路的筛选[J];山东医药;2018年07期
8 左德筠;王霄霄;王海霞;;基于质谱的疾病相关代谢物的代谢组学研究进展[J];中西医结合心血管病电子杂志;2019年17期
9 张瑞雪;刘欣;徐晓锋;张博;唐玉林;任曼;郭延生;;奶牛分娩前后瘤胃代谢物变化规律及其代谢通路研究[J];畜牧兽医学报;2021年11期
10 欧阳昕;彭华明;陈珍;夏章;周琼;王悦宁;;基于核磁共振的代谢组学方法在狼疮性肾炎外周血清代谢物检测效果的研究[J];白求恩医学杂志;2016年01期
11 孔宏伟;戴伟东;许国旺;;基于液相色谱-质谱联用的代谢组学研究中代谢物的结构鉴定进展[J];色谱;2014年10期
12 王超;涂文志;王穆;让蔚清;;代谢组学分析技术及代谢物鉴定[J];国际药学研究杂志;2010年05期
13 肖晓莲;刘晓燕;朱文凤;杨晔宏;杨俊涛;孙伟;;尿液代谢组学非靶向质谱分析法两种采集模式的比较[J];基础医学与临床;2021年05期
14 刘娟;刘壮;王菲;;精神分裂症患者的差异代谢物筛选方法研究及应用[J];中国卫生统计;2021年03期
15 张丽翠;马川;冯毛;李建科;;基于高分辨质谱和代谢组学技术评估和优化蜂王浆代谢物提取方法[J];中国农业科学;2020年18期
16 严翊;宋鸽;朱文阁;潘新亮;;不同运动方式锻炼人群的血液代谢组学特征对比[J];北京体育大学学报;2021年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 许国旺;;代谢组学中提高代谢物分析灵敏度的新方法研究[A];全国生物医药色谱及相关技术学术交流会(2012)会议手册[C];2012年
2 封顺;宋培培;;糖尿病肾病不同病期差异代谢物研究[A];中国化学会首届全国质谱分析学术研讨会会议论文集[C];2014年
3 许国旺;高鹏;刘杨;尹佩源;赵欣捷;路鑫;;功能代谢组学在胶质瘤研究中的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十三分会:复杂样品分离分析[C];2016年
4 尹岩东;蔡玉萍;朱正江;;基于非数据依赖型质谱技术的非靶向代谢物鉴定方法[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集-分会场2:蛋白组学与代谢组学[C];2017年
5 许国旺;;代谢组学与精准医学[A];2016年浙江省检验医学学术年会论文汇编[C];2016年
6 赵蕾;胡文忠;葛佳慧;高凯丽;陈晨;;代谢组学研究在果蔬伤害胁迫中的应用[A];中国食品科学技术学会第十五届年会论文摘要集[C];2018年
7 杨丽;赵坤庆;白玉;张二荃;刘虎威;;双相情感障碍患者血浆中代谢物的代谢组学分析[A];中国化学会第二届全国质谱分析学术报告会会议摘要集[C];2015年
8 苗朝霞;刘洪月;郭维;王映红;;高效液相色谱与核磁共振波谱在复杂生物混合物体系代谢物鉴定中的应用[A];第十八届全国波谱学学术年会论文集[C];2014年
9 郭育波;邱庆春;陈耀文;沈智威;王海玉;吴仁华;;二维J-分解技术在脑代谢物绝对定量检测中的应用[A];第十五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2008年
10 黄玉清;蔡淑惠;陈忠;;一种用于生物组织代谢物检测的二维J分解谱方法[A];第十八届全国波谱学学术年会论文集[C];2014年
11 张金兰;;代谢组学分析技术在反兴奋剂中应用展望[A];2015第十届全国体育科学大会论文摘要汇编(一)[C];2015年
12 夏凯敏;陈夏;沈珊珊;潘远江;吴军;;基于液质联用技术的水稻中代谢物的研究[A];中国化学会第十九届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文汇编[C];2017年
13 余磊;刘平;王雅兰;袁必锋;余琼卫;冯钰锜;;稳定同位素标记-双中性丢失扫描分析醛类代谢物[A];第二十届全国色谱学术报告会及仪器展览会论文集(第四分册)[C];2015年
14 姚丽贤;张太平;党志;李国良;;洛克沙胂代谢物的毒性及其环境行为[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
15 黄佳;陈笑艳;段晓涛;郭宗儒;褚凤鸣;钟大放;;液相色谱-串联质谱法同时测定人血清中艾瑞昔布和艾瑞昔布羟基代谢物[A];2006第六届中国药学会学术年会论文集[C];2006年
16 张瑞萍;陈艳华;周帜;岳小飞;徐婧;再帕尔·阿不力孜;;LC-MS/MS定量代谢组学分析方法研究[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集[C];2017年
17 汤柳英;高燕红;王晶;许瑛华;陈文才;梁旭霞;杨杏芬;;环境镉暴露人群尿液中特异性小分子代谢物表征[A];中国毒理学会第六届全国毒理学大会论文摘要[C];2013年
18 杨蒙;郭涛;;低温胁迫下水稻种子萌发代谢谱分析和关键代谢物鉴定[A];2019年中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2019年
19 许国旺;王霜原;吕王洁;于迪;周丽娜;曾仲大;石先哲;路鑫;;二维液相色谱-质谱三维信息用于代谢组深度覆盖的研究[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集[C];2017年
20 陈学国;初婷婷;宋鸣;朱昱;许英健;宋辉;;大鼠肝微粒体中可卡因及代谢物的液相色谱-电喷雾离子阱质谱分析[A];公共安全中的化学问题研究进展(第三卷)[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 张艳;壳聚糖调控白三叶抗旱机制研究[D];四川农业大学;2018年
2 刘卉;吡丙醚及其代谢物的立体选择性环境行为及毒理效应[D];中国农业大学;2017年
3 石冬冬;饲料中莠去津及其主要代谢物的残留对生鲜乳安全性的影响[D];中国农业科学院;2012年
4 商星辰;靶标和非靶标代谢组学方法联合应用于甲状腺乳头状癌代谢特征的研究[D];山东大学;2016年
5 孙华;天然酚类物质的葡萄糖醛酸化代谢及代谢物外排研究[D];暨南大学;2016年
6 孟哲;动物源食品中抗生素及其代谢物快速筛查与多残留定量分析方法学研究[D];河北大学;2015年
7 张小丽;基于多种分析技术的代谢组学方法研究与应用[D];兰州大学;2013年
8 习聪;基于脂质组学方法的大鼠血浆及组织辐射敏感代谢物的筛选及验证研究[D];中国疾病预防控制中心;2021年
9 张文江;药物代谢研究[D];中国协和医科大学;1997年
10 曹晶晶;高分辨质谱在植物代谢物分析中的应用[D];中国农业大学;2017年
11 纪剑;脱氧雪腐镰刀菌烯醇和玉米赤霉烯酮对昆明小鼠和巨噬细胞ANA-1代谢组的联合毒性机制研究[D];江南大学;2017年
12 陈伟;水稻代谢组的生化及遗传基础研究[D];华中农业大学;2015年
13 刘妍如;更年期综合征及贯叶连翘治疗机制的代谢组学研究[D];沈阳药科大学;2014年
14 李勇;鸡体内兽药喹烯酮代谢组学方法建立及应用[D];中国人民解放军军事医学科学院;2008年
15 荆旭;噁唑禾草灵及其代谢物在水环境中的立体选择性行为[D];中国农业大学;2017年
16 王默;心血管疾病相关选择性代谢物组的实验方法研究及应用[D];北京协和医学院;2016年
17 姚国君;顺式氯氰菊酯及其代谢物的环境行为、生物毒性及其污染修复[D];中国农业大学;2017年
18 沈忱思;壳聚糖和硅铝分子筛的净水功能调控及其机制研究[D];浙江大学;2012年
19 于丽娜;壳聚糖树脂的制备、表征及应用研究[D];中国海洋大学;2008年
20 廖春燕;壳聚糖诱导植物抗病反应及机制研究[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 张凡忠;稻瘟病菌自噬基因缺失对菌体及其寄主代谢的影响及差异代谢物筛选[D];浙江大学;2016年
2 袁凤丽;急性脑梗塞患者血清代谢物研究[D];天津医科大学;2013年
3 郐婉宁;基于代谢组学技术分析蜂胶中的差异性代谢物[D];山东师范大学;2020年
4 杨大伟;色谱—质谱联用分析微生物代谢物的方法及应用[D];大连工业大学;2009年
5 韩冬阳;中西医结合治疗儿童肺炎支原体肺炎代谢组学的疗效评价[D];辽宁中医药大学;2020年
6 孙艳慧;家蚕蛹期营养分配关键代谢物的鉴定[D];西南大学;2015年
7 练荣伟;代谢物对微生物调控作用的色谱—质谱联用分析[D];大连工业大学;2013年
8 马亚楠;肝细胞肝癌患者手术前后差异代谢物的研究[D];天津医科大学;2013年
9 何秀全;木薯叶片极性代谢物的提取、分离、鉴定及抗旱性研究[D];海南大学;2012年
10 褚梦晨;基于图卷积网络的代谢物识别方法研究[D];吉林大学;2021年
11 熊雪莲;机体代谢物与高血压病发病风险的相关性研究[D];湖北医药学院;2020年
12 韦人月;猫乳腺癌血清差异代谢物的筛选及鉴定[D];黑龙江八一农垦大学;2020年
13 吴亚;基于多组学研究酒精性肝病小鼠的发病机制[D];昆明医科大学;2021年
14 吴正宇;中药验方“清络饮”治疗活动期热痹证的代谢组学研究[D];皖南医学院;2020年
15 黄倩蕾;基于GC-MS代谢组学方法探讨代谢标志物在多发性骨髓瘤中的作用和临床意义[D];苏州大学;2019年
16 陈荣锋;食用菌中烟碱类化合物含量及其它代谢物的研究[D];闽南师范大学;2020年
17 杨泓喆;中性蛋白酶发酵过程代谢物动态变化的研究[D];天津科技大学;2015年
18 陈天意;不同病原所致儿童重度社区获得性肺炎代谢组学变化[D];湖南师范大学;2020年
19 刘晓云;马钱子生物碱体内代谢物及分析方法研究[D];复旦大学;2014年
20 孙继明;肌张力障碍疾病代谢组学的诊断探索及颈动脉外膜剥脱手术前后小分子代谢物的差异[D];第四军医大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 耿挺;新算法将代谢物结构鉴定效率提高10倍[N];上海科技报;2019年
2 记者 陈青 通讯员 孙国根;复旦学者破解代谢物致癌之谜[N];文汇报;2011年
3 记者  杜华斌;加拿大建成首个人类小分子代谢物数据库[N];科技日报;2007年
4 记者 张梦然;首个小鼠大脑代谢物图谱发表[N];科技日报;2021年
5 记者 俞菀;我科研人员破解人体代谢物致癌之谜[N];新华每日电讯;2011年
6 ;白三叶冬季如何管理[N];中国花卉报;2008年
7 本报记者 马强;白三叶种子难以国产化 拷问国内草种生产条件[N];中国花卉报;2008年
8 本报记者 冯文东;今年草种行情总体平稳[N];中国花卉报;2006年
9 通讯员 罗倩 记者 王春;我科学家发现遏制肿瘤生长的有效代谢物[N];科技日报;2009年
10 姜澎;国际代谢组学之父 加盟中药研究[N];文汇报;2005年
11 本报实习生 李勤;壳聚糖:步入上升通道的“潜力股”[N];中国科学报;2012年
12 记者 魏东;纯壳聚糖纤维实现规模产业化[N];科技日报;2017年
13 本报记者 钊凤荣;我国在世界率先实现纯壳聚糖纤维产业化[N];中国产经新闻;2017年
14 本报记者 郭钇杉;海斯摩尔率先实现纯壳聚糖纤维规模产业化[N];中华工商时报;2017年
15 本报记者 李娟;壳聚糖纤维产业化指日可待[N];中国纺织报;2011年
16 本报记者 雷莉云;壳聚糖微生物饲料添加剂结硕“果”[N];湖南科技报;2006年
17 本报实习记者  王华锋;合作可喜 前景可期[N];中国医药报;2006年
18 记者 周昆;混播白三叶获节水环保大奖[N];中国花卉报;2008年
19 记者 周梦爽;我科学家独创捕捉肿瘤特异代谢物的新方法[N];光明日报;2020年
20 本报记者 陶璐璐;来自海洋的可持续思考[N];中国纺织报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978