低溫處理對菜心花粉發(fā)育及相關(guān)基因表達(dá)的影響.pdf

1、植物的繁殖依賴于有活力的花粉，而花粉的敗育會導(dǎo)致作物減產(chǎn)?；ǚ蹟∮卸喾N原因，大體可分為遺傳和環(huán)境兩個方面。研究表明，在植物生長發(fā)育過程中，開花期對溫度的要求最為嚴(yán)格，而由于花粉比雌蕊對溫度更敏感，溫度脅迫常首先導(dǎo)致花粉敗育。近年，氣候變化異常導(dǎo)致春季溫度變化異常，“倒春寒”的現(xiàn)象愈演愈烈，這極大的影響了白菜等春季開花植物的花粉發(fā)育，阻礙了制種和繁種工作的正常開展。因此，弄清楚低溫脅迫對植物花粉發(fā)育的影響，對于從理論上理解植物響應(yīng)外界脅

2、迫的機(jī)理以及蔬菜等作物的育種和生產(chǎn)實踐都具有重要意義。
　　本研究以菜心為材料，利用4℃低溫對開花期的花序分別進(jìn)行1d、3d、5d、7d的處理，通過對植株形態(tài)、結(jié)英情況、花粉發(fā)育過程等的觀察，旨在探明開花期低溫處理對花粉發(fā)育的影響，在此基礎(chǔ)上，利用轉(zhuǎn)錄組測序分析低溫處理前后花蕾基因的表達(dá)變化，探索菜心花粉響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制。取得了如下結(jié)果:
　　(1)通過細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)四分體時期和單核花粉發(fā)育時期的花蕾對4℃低溫的反應(yīng)較

3、其他級別敏感，四分體時期又比單核花粉發(fā)育時期更為敏感。根據(jù)菜心花粉發(fā)育的特點將其分成五個時期:花粉母細(xì)胞時期、四分體時期、單核花粉發(fā)育時期、雙核花粉發(fā)育時期及三核花粉發(fā)育時期。隨后對處理過的各個發(fā)育時期的花藥進(jìn)行半薄切片和透射電鏡的觀察，運用苯胺藍(lán)對處于四分體時期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色，利用FDA檢測成熟花粉的生活力，以及進(jìn)行測交授粉、統(tǒng)計結(jié)英率。發(fā)現(xiàn)低溫處理3d后四分體時期和單核花粉發(fā)育時期的花蕾即受影響，并隨著處理時間的延長而加重。其

4、中四分體時期又比單核花粉發(fā)育時期更為敏感。在后期正常溫度生長中難以恢復(fù)正常花粉發(fā)育過程。
　　(2)透射電鏡觀察及苯胺藍(lán)染色實驗發(fā)現(xiàn)在4℃低溫處理后，四分體時期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常，最終導(dǎo)致花粉敗育。通過透射電鏡觀察低溫處理后的花藥發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)四分體時期的花蕾經(jīng)過低溫處理后導(dǎo)致花粉壁發(fā)育不正常。對四分體時期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色觀察發(fā)現(xiàn)，低溫處理后胼胝質(zhì)提前降解。半薄及超薄切片觀察發(fā)現(xiàn)與對照相比，低

5、溫處理后絨氈層不能正常降解。由此可知，四分體時期對低溫處理影響最為敏感，該時期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常，最終導(dǎo)致花粉敗育。
　　(3)通過對表型明顯的處理進(jìn)行轉(zhuǎn)綠組測序分析，發(fā)現(xiàn)1527個在低溫處理前后差異表達(dá)的基因，同時，還發(fā)現(xiàn)了1098個白菜參考基因組中未注釋的新基因，以及824個長鏈非編碼RNA（lncRNA），其中81個lncRNA在低溫處理前后具有差異表達(dá)。取4℃低溫處理對菜心花粉發(fā)育影響最嚴(yán)

6、重的7d中最敏感的四分體時期的花蕾進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。發(fā)現(xiàn)1527個基因在處理組中與對照中差異表達(dá)。在這些差異表達(dá)基因中，找到了兩個在植物營養(yǎng)生長時期響應(yīng)低溫脅迫重要調(diào)控途徑（CBF調(diào)控途徑）中的關(guān)鍵基因:RD29A/COR78/LTI78和JAZ1。還發(fā)掘了白菜參考基因組中未注釋的1098個新基因。此外，鑒定得到824個lncRNA，其中81個在低溫處理前后具有差異表達(dá)。對這些差異表達(dá)的lncRNA進(jìn)行靶基因分析，找到了8個在營養(yǎng)生長時期