蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制

	蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制
	普亚楠
导师	杨永平
学位专业	植物学
关键词	蜡质抗旱转录组蔓菁 BrrWSD1
摘要	随着全球温度的升高，干旱被认为是影响植物生长和作物产量的重要环境因素。蜡质作为植物与外界接触的第一道屏障在植物响应干旱胁迫中具有重要作用。许多农作物的蜡含量的增加与耐旱性增强有关。叶片蜡质含量高作物的抗旱能力优于叶片蜡质较少或非蜡质的作物。蔓菁（Brassica rapa var. rapa）隶属于十字花科芸薹属，是青藏高原藏族传统种植，具有较高的适应高原能力，并兼作食、饲、药三用的作物。本文比较了两个蔓菁品种的抗旱能力，分析了干旱过程中转录差异与表型的关系，试图解析蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制，结果如下：（1）蔓菁有无蜡质品种KTRG-B48a和KTRG-B48b的抗旱差异在本研究中，我们首先比较了蔓菁抗旱能力的差异。结果表明，干旱处理14天后无蜡质的KTRG-B48b叶片明显变黄，萎焉严重。对比KTRG-B48a，KTRG-B48b的叶片含水量降低，气孔张开程度增加，蒸腾速率上升，植物保水能力降低。扫描电镜分析结果，KTRG-B48a在干旱处理前后蜡质形态结构发生明显变化，KTRG-B48b变化不明显。GC-MASS分析表明：正常条件下，KTRG-B48a叶中总蜡含量是KTRG-B48b的5.53倍。干旱14天后，KTRG-B48a叶中总蜡含量是KTRG-B48b的8.83倍，表明干旱过程中KTRG-B48a品种的蜡质含量增加程度明显高于KTRG-B48b。这些的结果暗示了叶片的蜡质提高了蔓菁叶片的保水能力，增加了植物的抗旱性。（2）蔓菁抗旱过程中基因表达差异和可变剪切为了分析两个蔓菁品种抗旱过程中的分子基础，我们利用PacBio全长转录组与Illumina转录组测序相结合的方法。在有蜡质的KTRG-B48a中，49406个全长转录本被检测，干旱处理后，有1741个基因上调，2023个基因下调表达；在无蜡质的KTRG-B48b 45607个基因中，其中有2253个基因上调，2272个基因下调表达。差异基因KEGG富集分析显示，蜡质生物合成与脂肪酸延长在两个蔓菁品种KTRG-B48a和KTRG-B48b的干旱响应中起着关键作用。通过对蜡质合成基因的qRT-PCR分析显示，相对KTRG-B48b，KTRG-B48a品种中蜡质合成基因上调更加明显。这些基因的上调表达对KTRG-B48a干旱过程中的蜡质增加具有重要作用。干旱处理后，KTRG-B48a内含子保留的可变剪切形式的基因数目也明显多于KTRG-B48b。在蜡质合成基因中，KTRG-B48a的BrrWSD1基因存在两种剪切本BrrWSD1-X1和BrrWSD1-X2，其中BrrWSD1-X2受干旱诱导表达水平显著上调，而KTRG-B48b只存在BrrWSD1-X1。植物WSD1的基因主要促进植物蜡质中蜡酯成分的积累，而蜡酯对增加植物抗旱能力具有重要作用。我们的结果显示，无论干旱处理前后，KTRG-B48a比KTRG-B48b都表现出更多的蜡酯积累。因此，我们更关注BrrWSD1-X1和BrrWSD1-X2基因在蜡酯合成中的作用。（3）蔓菁WSD1-X1/X2基因对蜡质合成的影响为了分析BrrWSD1-X1和BrrWSD1-X2对植物蜡酯合成的影响，我们构建了诱导型和过表达载体，分别将BrrWSD1-X1和BrrWSD1-X2基因回补脂质缺陷型酵母和蔓菁转基因发根植株，并测定其蜡酯含量。结果表明，短片段BrrWSD1-X2的剪切本比BrrWSD1-X1具有更强的合成蜡酯的能力。为了进一步解析蔓菁BrrWSD1形成不同剪切方式的原因，我们分别选取了6种有蜡质和无蜡质的蔓菁材料，进行BrrWSD1全长DNA片段的克隆，结果表明：有蜡质蔓菁品种中BrrWSD1的DNA第三段内含子中的更多TA重复可能导致第三段内含子的剪切识别效率降低，而第三段内含子T-to-C转换增强了对该内含子的识别，致使蔓菁有蜡质品种中BrrWSD1-X2剪切本的出现。上述结果为了解BrrWSD1基因参与植物蜡酯合成，以及蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制提供了重要的基础。
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	硕士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/74011
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	普亚楠. 蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

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蔓菁叶片蜡质参与干旱胁迫的反应机制-普亚（5078KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-ND	请求全文