干旱、盐胁迫下过表达BnNF-YA9拟南芥转录组学及生理生化功能分析

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土地盐渍化是我国面临的严重土壤问题之一,而我国是一个人口大国,人均占有的土地面积较小,粮食供应不足,迫切需要利用盐渍化土壤。“南盐油1号”甘蓝型油菜广泛种植在江苏省沿海滩涂,具有含油量高,耐盐等优点。前期研究发现油菜中核转录因子Y家族的A亚基成员BnNF-YA9对胁迫具有抗性,而且在研究中还发现它们受到油菜中的小RNA分子中的microRNA169n成员的调控。为进一步研究microRNA169和BnNF-YA9在植物逆境胁迫下的功能,我们开展了研究,主要结果如下:对过表达microRNA169n和过表达BnNF-YA9的拟南芥在干旱、盐以及ABA处理下进行转录组分析,以辨别其耐逆机理。本实验共检测出26904个基因,干旱处理下的差异基因要比盐胁迫的多。其中有7081个得到GO注释,其在细胞组分主要分布在细胞(cell)和细胞部分(cell part),在生物过程组分主要富集在化学响应(response to chemical)和胁迫反应(response to stress)。其中有 3331 个得到 KEGG Pathway 注释,相比较对照,在干旱处理中:主要富集在Circadianrhythm-plant(植物昼夜节律)代谢通路中。在盐处理中:A9主要富集在Flavonoid biosynthesis(类黄酮生物合成)代谢通路中,169n富集通路有Glucosinolate biosynthesis(芥子油苷生物合成)和Cyanoamino acid metabolism(氰基氨基酸代谢)。在ABA处理中,A9和169n富集通路有Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis(倍半萜和三萜生物合成途径)。在盐、干旱和ABA处理中共同富集的代谢通路有植物MAPK信号通路(MAPK signaling pathway-plant)和植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction),在这个通路中主要是ABA信号转导途径来调控植物抵抗外界不良环境,在ABA信号转导途径有三个主要部分:PYR/PYL、PP2C和SnRK2,其中编码PYR/PYL的差异基因中表达量上调的有AT4G18620和AT5G45870,表达量下调的有AT1G73000、AT4G01026、AT5G05440、AT2G40330 和 AT4G27920;在编码 PP2C 的差异基因中表达量上调的有 AT1G07430、AT1G72870、AT2G29380、AT3G11410、AT4G11040、AT5G57050 和 AT5G59220,表达量下调的有 AT1G07430、AT1G72770、AT5G59220、AT1G17610、AT1G17615、AT1G72910、AT2G07599;编码 SnRK2 的差异基因中表达量上调的有AT5G63650和AT2G23030,表达量下调的有AT3G50470。对差异表达的转录因子进行分析发现,其中MYB家族、AP2/EREBP家族和bHLH家族占有较大比例,许多报道证明这些家族的成员能够响应非生物胁迫。将野生型和过表达BnNF-YA9拟南芥在干旱、盐处理下测定其生理生化指标,在超氧化物歧化酶活性的测定中,干旱处理下的过表达BnNF-YA9与CK(对照)中WT(野生型)相比有明显差异。在丙二醛的测定中发现在盐和干旱处理中过表达BnNF-YA9与CK中WT中含量相比均有显著性差异。在过氧化物酶活性的测定中,盐和干旱处理中过表达BnNF-YA9与CK中WT中含量相比均有显著性差异。在过氧化氢酶活性的测定中发现,盐和干旱处理中过表达BnNF-YA9与CK中WT中含量相比均有显著性差异。脯氨酸含量的测定中,盐和干旱处理中过表达BnNF-YA9与CK中WT中含量相比均有显著性差异。在叶绿素和总糖的测定中,无论是干旱还是盐处理下,过表达BnNF-YA9与CK中WT中含量相比均有显著性差异。这说明过表达BnNF-YA9拟南芥表现出了对干旱和盐害的耐受性。
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