【摘 要】
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土壤高盐度威胁着植物生长发育过程,研究植物耐盐机制是十分有意义的工作。露地菊(Chrysanthemum×grandiflora)是在引种地被菊(Chrysanthemum morifolium)和北京小菊(Dendranthema morifolium)的基础上,通过杂交及航天搭载选育的地栽小菊品种。目前已有其在耐盐性生理方面的研究报道,但还未见短期盐胁迫转录组测序方面的研究。作为抗性较强的菊花
【基金项目】
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国家自然科学基金(31870687);
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土壤高盐度威胁着植物生长发育过程,研究植物耐盐机制是十分有意义的工作。露地菊(Chrysanthemum×grandiflora)是在引种地被菊(Chrysanthemum morifolium)和北京小菊(Dendranthema morifolium)的基础上,通过杂交及航天搭载选育的地栽小菊品种。目前已有其在耐盐性生理方面的研究报道,但还未见短期盐胁迫转录组测序方面的研究。作为抗性较强的菊花品种,其抗盐性不取决于某单一基因,是由多基因控制的,因此试验选择在转录组水平上研究露地菊响应盐胁迫相关基因的整体表达模式。本文使用200m M NaCl溶液灌根处理露地菊‘纽9717’幼苗进行转录组测序,挖掘抗盐基因。研究过量表达木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因(CgXTH23)的拟南芥抗盐性功能,揭示露地菊响应盐胁迫反应的分子机理及CgXTH23基因的特性。本研究的主要结果如下:1.使用200mM NaCl溶液处理后,处理组植株的生长势较弱,叶片的含水量随着处理时间的增加而逐渐降低,对照组露地菊长势明显优于处理组。抗氧化物酶的活性随着处理时间的增加均呈现出先升高后降低的趋势。2.转录组测序(RNA-Seq)时选取生长至11-12片叶的露地菊幼苗,200mM NaCl处理12h后,取根和叶测序。RNA-seq测得未知基因组信息的露地菊在盐胁迫下的m RNA表达,共获得39,185个Unigene。在Nr数据库中注释到31,181条Unigene,主要有六个物种的Unigene注释与露地菊相匹配,其中与青蒿(Artemisia annua)同源的序列最多,占总数的79.55%。盐胁迫12 h时,根中鉴定出3,094个差异表达基因,叶中鉴定出7,880个差异表达基因。在根中有1,297个上调表达基因,在叶中有3,125个上调表达基因。3.根对盐胁迫的反应集中在编码参与离子转运蛋白基因的上调,其中离子转运蛋白基因NHX和HKT的表达发生了变化,从而改变渗透调节能力,维持较高的生物膜稳定性,最终响应盐胁迫反应。而在叶中,反应集中在苯丙烷生物合成和植物激素信号转导,并鉴定出许多上调表达基因,这些基因在叶防御盐胁迫反应中发挥着重要作用。4.选择16个植物激素信号传导途径中的基因进行q RT-PCR分析,检测到露地菊盐胁迫响应基因XTH23、XTH22、GLK1、ABI2、PYL1、CEX8、TIFY9及SCL15均下调表达。BOA、BHLH23、SRK2E、PIF1、IAA27、CXE15、SAUR36及SAPK10均上调表达。5.通过RT-PCR技术克隆得到CgXTH23。对CgXTH23进行生物信息学分析,结果表明其ORF全长594 bp,编码的197个氨基酸,属于不稳定蛋白,是亲水性蛋白。没有跨膜结构,没有信号肽,是非分泌蛋白。无规卷曲和延伸链是该蛋白的主要结构。糖基化位点有1个,磷酸化位点有36个。CgXTH23蛋白与洋蓟(Cynara scolymus)的亲缘关系最近。过量表达露地菊CgXTH23基因的拟南芥对盐胁迫更为敏感。以克隆CgXTH23基因为例,揭示露地菊CgXTH23基因抵抗盐胁迫的功能作用。
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