论文部分内容阅读
麻疯树(Jatropha curcas L.)是多年生乔木或大灌木,可以很好地适应半干旱地区并被认为是最具潜力的生物柴油树种之一。目前,它被认为是研究生物柴油的优良模式植物。然而,关于其干旱响应的分子机制研究罕见报道。本研究对生长8周的麻疯树幼苗进行干旱胁迫1天、4天和7天,建立数字基因表达谱并对生理指标进行检测,以期发掘重要基因资源为其种质改良和其他作物遗传育种提供理论依据。研究发现,麻疯树在干旱胁迫下差异表达2倍以上基因4103个,其中根叶中分别有1533和2900个;Gene Ontology和pahway富集分析发现,主要富集生物学过程是生物合成、转运、细胞蛋白修饰等,主要富集的pathways是植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢等。在根中,ABA合成和信号转导基因上调表达,棉子糖的合成增加。在叶中,ABA信号转导相关基因上调表达,海藻糖、棉子糖合成增加;内质网胁迫响应途径相关基因被激活,蜡质合成相关基因显著上调表达;干旱7天时,不饱和脂肪酸合成相关基因显著下调表达,不饱和脂肪酸比例显著下降;随着干旱程度的加剧,乙烯信号转导和叶绿素降解相关基因显著上调表达,叶片中叶绿素含量显著降低。 从表达谱中选取3个在干旱处理7天上调表达两倍以上的麻疯树MYBrelated进行功能分析。其中,2个是CPC-like基因(JcCPL1/2,JC_ C100025929/JC_C100026505),另外1个是R-R-type基因(JC_C100019948)。组织特异性表达分析发现,它们主要在麻疯树根中表达。在拟南芥中,使用35S启动子超表达这3个基因发现,JcCP L1和JcCPL2功能相似,影响表皮细胞的分化和发育。超表达JcCPL1/2植株根毛增多,地上部分表皮毛形成显著被抑制,甚至消失。超表达JcCPL1/2植株地上部分花青素含量显著减少。对野生型和超表达JcCPL1/2植株花青素合成相关基因表达量进行测定发现,DFR、LDOX和UF3GT的表达量显著降低。推测认为,JcCPL1/2的超表达会影响DFR基因的起始转录,使其表达量显著降低,其产物无色花青素显著减少,进而导致LDOX和UF3GT的表达量显著降低。JcCPL1/2是否会影响LDOX和UF3GT的转录起始还需要进一步的实验确认。超表达JcCPL1/2和JC C100019948拟南芥对干旱、盐胁迫响应不显著,但超表达JcCPL1/2植株对弱光的适应性减弱。超表达JC_C100019948植株在300 mM甘露醇下侧根数目显著减少但根长显著增加。此外,超表达JC_C100019948植株生育期缩短,植株变矮,开花提前,但花序分支增加,单株果夹数增加,种子产量显著增加。 本论文在转录水平和生理生化水平上对麻疯树在干旱胁迫下的响应机制进行了系统研究,为挖掘干旱胁迫响应基因和改良种质资源提供重要理论依据。同时,对3个MYB-related基因功能的研究,为麻疯树和其他物种的遗传改良提供了较好的基因资源和理论依据。