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逆境胁迫是限制植物生长发育的主要环境因素,包括干旱、盐和高温等逆境因子。植物通过细胞、生理生化和分子水平上的变化来响应逆境胁迫,做出相应的适应性调整,以适应不利环境。银杏(Ginkgo biloba L.)具有较强的环境适应和抵御逆境的能力,然而银杏响应相关逆境的机制却不清楚。本研究以银杏实生苗为研究对象,采用细胞学、生理学、分子生物学和生物信息学等技术对干旱、盐和高温胁迫下的植株展开研究,主要取得以下结果:(1)通过激光共聚焦显微镜观察发现,对照组银杏叶片的叶绿体规律性分布在细胞膜附近。而干旱、盐和高温胁迫下,叶绿体均表现出无规律的分散状分布。此外,气孔也发生了不同程度的闭合,其中高温胁迫下气孔闭合程度最为显著。(2)生理指标测定结果显示,干旱、盐和高温胁迫都造成了叶片中ABA含量、脯氨酸、H202含量和CAT活性显著上调,IAA含量显著下调。SOD活性在盐和高温下显著上升,但在干旱下变化不显著。可溶性糖含量在干旱和高温下呈显著增加,但在盐胁迫下变化不显著。此外,可溶性蛋白含量在高温下显著增加,但在干旱和盐胁迫下显著降低。(3)通过代谢组鉴定到银杏叶片大量的代谢产物,其中有机酸类数量62个,碳水化合物类44个,氨基酸8个,酚类7个,脂类6个,黄酮类5个。干旱胁迫下,异麦芽糖、草酰胺、苏氨酸、甘氨酸、甘油酸含量显著增加。盐胁迫下,甘油酸、羟基丁酸、白皮杉醇等含量显著上调。高温胁迫下,氨基丁酸、半乳糖酸等含量显著上调,而木糖、腐胺等含量显著下调。(4)在ABA合成通路中,干旱、盐和高温胁迫下,参与黄质素Xanthoxin合成的3个NCED基因Gb41235,Gb41230,Gb04986上调表达,参与脱落酸酯Abscisate合成的AAO3基因Gb 05183在高温胁迫下略有上调,在干旱和盐胁迫下无显著差异。在ABA信号转导途径中,SnRK2基因在3种胁迫下也大多呈现上调表达的趋势。此外,编码ABF的基因Gb 11734,Gb16168,Gb16382,Gb11735在高温胁迫下表现出显著上调趋势。(5)通过转录组与代谢组联合分析发现,戊糖磷酸途径(PPP)中G6PDH基因(Gb26169、Gb26174、Gb41272)和6PGDH基因(Gb19030、Gb19037)的表达量在高温胁迫下均下调表达,参与5-磷酸核酮糖(D-Ribulose-5P)和核酮糖(Ribose)合成的基因Gb19030、Gb19037和Gb17714也下调表达,且5-磷酸核酮糖和核酮糖的含量均显著下降;而在干旱和盐胁迫下,G6PDH基因和6PGDH基因的表达无显著差异,且参与核酮糖(Ribose)合成的基因Gb17714上调表达。(6)对氨基酸代谢进行分析,在甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路中,参与甘氨酸合成的基因在3种胁迫处理下均呈现上调表达,包括Gb01536、Gb01539、Gb37290、Gb23485、Gb06259和Gb27241。而甘氨酸降解通路上的基因Gb03208和Gb35734下调表达,且甘氨酸和苏氨酸含量显著上升。在精氨酸和脯氨酸代谢通路中,高温胁迫下参与4-氨基丁酸合成的基因Gb 13947和Gb16297上调表达,且腐胺含量显著降低,而4-氨基丁酸含量显著增加。(7)对转录因子进行分析,共鉴定到与逆境相关差异转录因子287个。其中NAC转录因子基因Gb12203、Gb7720、Gb12202仅在干旱胁迫下上调表达,而在盐和高温胁迫中下调表达或无显著差异。GRAS转录因子基因Gb22850仅在盐胁迫中显著上调表达,而GRAS转录因子Gb39436在干旱,盐和高温胁迫中均显著上调表达。HSF转录因子中Gb15358与HSFA1同源且仅在高温胁迫下显著上调表达。(8)小RNA组学分析发现,干旱胁迫下,生长素响应因子相关miR160a上调表达,对应靶基因Gb25507(ARF18)的表达量下调表达。盐胁迫下,miR172a上调表达,其靶基因Gb30123(APETALA2-like protein)下调表达。高温胁迫下,亮氨酸拉链蛋白相关miR166d和novel20及其靶基因Gb02083(HOX32)的表达呈现负向调节趋势。(9)对银杏抗性基因种类与功能进行分析,共有5大类抗性基因237个,主要包括43个α-bisabolene合成酶家族基因,35个银杏内酯生物合成相关基因,55个银杏类黄酮生物合成相关基因,75个NBS-LRR类抗病基因,29个富含亮氨酸重复序列(LRR)受体类似的丝氨酸/相关苏氨酸蛋白激酶FLS2(13个)和EFR受体蛋白(16个)基因。