半野生棉對(duì)復(fù)合鹽堿的響應(yīng)機(jī)制與克勞茨基棉鹽脅迫轉(zhuǎn)錄組分析.pdf_第1頁(yè)
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1、棉花是重要的纖維和能源作物,也是鹽堿地種植的先鋒作物。然而高濃度的鹽脅迫依然會(huì)對(duì)其產(chǎn)量和質(zhì)量造成影響。近年來(lái),土壤鹽漬化越來(lái)越嚴(yán)重,極大的制約了棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量。半野生棉和野生棉是經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的自然界環(huán)境篩選進(jìn)化的材料,其中半野生棉(Semi-wild cotton)是陸地棉的野生類型,又稱陸地棉野生種系(Gossypium hirsutum race),遺傳多樣性豐富,同時(shí)半野生棉與栽培品種之間具有遺傳親和性,是研究棉花抗鹽機(jī)理并進(jìn)行抗性

2、改良的良好材料。
  本研究制定了室內(nèi)穩(wěn)定鑒定半野生棉萌發(fā)期和苗期復(fù)合鹽堿抗性的方法,并初步探討了ROS在半野生棉對(duì)復(fù)合鹽堿響應(yīng)中的機(jī)制。采用轉(zhuǎn)錄組分析方法分析了克勞茨基棉中SOS、ROS、ABA相關(guān)基因參與高濃度鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
  1、確立了室內(nèi)鑒定半野生棉復(fù)合鹽堿抗感性的方法:通過(guò)對(duì)溫室鑒定結(jié)果與課題多年在新疆鹽堿地塊半野生棉的鑒定結(jié)果的一致性分析,確立了合適土樣;通過(guò)對(duì)土樣中主要離子成分的測(cè)定,明

3、確了新疆次生鹽堿地塊中的主要成分,并實(shí)現(xiàn)了溫室重現(xiàn),在進(jìn)行多次驗(yàn)證后,確認(rèn)了方法的可行性;成功的篩選到穩(wěn)定抗性材料瑪利加朗特棉85和穩(wěn)定敏感材料闊葉棉40,抗性對(duì)照材料中16和敏感對(duì)照材料中12。
  2、苗期半野生棉材料復(fù)合鹽堿脅迫響應(yīng):表型與生理生化顯示以上四種材料的抗性具有生理學(xué)差異,同時(shí)發(fā)現(xiàn)抗氧化相關(guān)的酶在抗感材料之間的活性差異。通過(guò)Illumina HiSeqTM2500平臺(tái)測(cè)序,對(duì)復(fù)合鹽堿脅迫0h、3h、12h和48h

4、的半野生棉瑪利加朗特棉85、闊葉棉40與陸地棉對(duì)照材料中12和中16的葉片與根的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及生物信息學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)64,737個(gè)基因在全部的樣品中表達(dá)。差異基因分析發(fā)現(xiàn)在遭受復(fù)合鹽堿脅迫后下調(diào)基因數(shù)目大于上調(diào)基因數(shù)目,GO富集分析發(fā)現(xiàn),差異基因在響應(yīng)氧化還原進(jìn)程的條目中顯著富集。
  3、活性氧相關(guān)酶類與基因在半野生棉復(fù)合鹽堿脅迫響應(yīng)中的機(jī)制:通過(guò)基因功能注釋,發(fā)現(xiàn)共有265個(gè)ROS產(chǎn)生與清除相關(guān)基因。對(duì)4個(gè)材料的各自的共同差異基因

5、與活性氧代謝相關(guān)的基因進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)有中12(152),中16(124),闊葉棉40(144),瑪利加朗特棉85(131)個(gè)活性代謝通路相關(guān)的基因在各個(gè)材料中參與ROS調(diào)控。通過(guò)SOD、POD、CAT和RBOH四個(gè)基因家族的表達(dá)譜分析,我們確定了主要參與活性氧通路的基因。
  4、野生棉克勞茨基棉鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制與轉(zhuǎn)錄組分析:根據(jù)多個(gè)鹽濃度處理后克勞茨基棉與戴維遜氏棉的表型比對(duì),確定了克勞茨基棉的抗鹽性。在對(duì)300 mMNaCl處理后

6、的克勞茨基棉葉片進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定時(shí),發(fā)現(xiàn)ABA、GSSH、H2O2等含量迅速升高。進(jìn)而通過(guò)Illumina HiSeqTM2500測(cè)序平臺(tái),對(duì)300 mM NaCl脅迫0h,3h,12h,48h的葉片與根的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及生物信息學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)37,278條基因和797條新基因表達(dá)。差異基因分析發(fā)現(xiàn)根部差異基因在3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)都顯著富集。通過(guò)基因表達(dá)模式分析,發(fā)現(xiàn)葉片中的差異基因大部分下調(diào)表達(dá)。GO注釋發(fā)現(xiàn)差異基因主要富集在響應(yīng)脅迫與離子轉(zhuǎn)

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