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《山西农业大学》 2018年
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谷子对干旱胁迫的生理响应及转录组分析

施卫萍  
【摘要】:干旱是影响作物生产的重要非生物胁迫因子之一,而谷子作为耐旱研究的模式作物,利用其研究作物抗旱分子机制对农业生产具有指导意义。为挖掘谷子抗旱候选基因,发现谷子耐旱的分子调节机制和代谢通路,本研究选取44份谷子材料进行抗旱性种质资源的鉴定与筛选;根据筛选结果,选择高度抗旱品种M79及其母本E1,父本H1进行转录组测序,分析三份材料干旱胁迫后差异基因表达情况,并对差异表达基因进行功能富集与通路分析,探讨谷子抗旱分子机制。本研究主要结果如下:(1)选取44份谷子材料进行抗旱性指标评价与筛选,利用20%PEG-6000模拟干旱胁迫,通过相对根长、相对芽长、相对存活率、根生长抑制率、芽生长抑制率的比较,评价44份材料萌发期抗旱性,结果表明,M79表现出较强的响应水分胁迫能力,具有强抗旱性。(2)利用抗旱性突出的杂交F1代材料M79及其母本E1,父本H1作为研究材料,采用苗期自然干旱法,对其干旱胁迫下生理表型的差异进行了分析,结果表明,M79在干旱胁迫后,抗氧化酶(CAT、POD)活性显著高于双亲,水势值下降幅度最低,此外,表现出比双亲更为高效的光能利用率。同时,干旱第6天(土壤含水量约为20%)时,取叶片进行转录组测序,RNA-seq结果表明,M79、E1和H1干旱胁迫后分别检测到3066,1895和2148个差异表达基因,其中288个基因在三份材料中共同表达。对6个差异表达基因进行qRT-PCR验证,结果与RNA-seq表达量呈极显著正相关。通过GO富集和KLEGG分析发现,M79显著富集到17个GO项和14个KEGG路径,E1显著富集到11个GO项和6个KEGG路径,H1显著富集到10个GO项和9个KEGG路径,将三份材料GO项和KEGG富集通路进行比较分析,发现材料间富集通路差异显著。M79显著富集的GO项和KEGG路径包括了翻译后修饰进程、光系统II放氧复合体、过氧化物酶活性、蛋白激酶活性,植物激素信号传导、叶绿素生物合成路径等。共调控分析表明,M79干旱胁迫前后差异表达基因形成了抗旱分子调控网络,涉及谷子抗逆反应的多个阶段和途径,包括光合作用、信号传导、转录调控、氧化还原调节、激素信号和渗透调节等生命活动。(3)对三份材料干旱胁迫前后差异表达的光合作用相关基因分析表明,这些基因在M79中高表达,而在E1和H1中不表达或低表达,在此基础上,进一步对M79旱胁迫下光合调控通路分析,显示10个关键基因参与调控M79干旱胁迫后的光合路径,推断是M79在旱胁迫下仍能维持高光合作用的原因。本研究揭示了谷子M79的抗旱分子调控路径,尤其是干旱胁迫下M79光合通路的调控,为进一步深入解析谷子抗旱分子机制提供了丰富的遗传信息和理论依据。
【学位授予单位】:山西农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S515

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1 施卫萍;谷子对干旱胁迫的生理响应及转录组分析[D];山西农业大学;2018年
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