NaCl胁迫下大麦幼苗的生理响应与根系转录组测序分析

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shmilyfanwen
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土壤盐碱化是影响作物高产稳产的主要限制因素之一,受盐碱胁迫影响,大麦育种面临着极大的挑战。本研究以龙09Y1-199(耐盐材料)和沪90-6573(盐敏感材料)为试验材料,研究NaCl胁迫下大麦幼苗根系和叶片的形态特征及生理指标的变化;通过转录组分析,研究抗感材料根系响应盐胁迫的差异表达基因的变化及关键候选基因的筛选。揭示大麦响应盐胁迫的生理与分子基础,为大麦耐盐种质资源筛选鉴定及品种选育提供理论支撑。主要研究结果如下:1.随着NaCl浓度的增加,龙09Y1-199和沪90-6573的地上部鲜干重、地下部鲜干重、根长、根表面积及根体积均呈下降趋势;相对生长速率及根系活力均呈先上升后下降的趋势,在100mmol/L的NaCl处理下达到峰值,表明在低浓度盐胁迫促进生长。在500mmol/L的NaCl处理下相对生长速率均达到最低值;萎蔫系数均呈上升趋势。各项生长发育指标总体表现龙09Y1-199均优于沪90-6573。2.随着NaCl浓度的增加,大麦叶片SPAD值呈下降趋势,表现为龙09Y1-199>沪90-6573;叶片及根系的脯氨酸、甜菜碱、可溶性糖含量均呈上升趋势,各渗透调节物质的积累表现为龙09Y1-199>沪90-6573;O2-、MDA、H2O2含量均呈上升趋势,在100mmol/L处理的土壤环境中均可正常生长,而高浓度NaCl处理(≥300mmol/L)对沪90-6573的生长危害程度要大于龙09Y1-199;SOD、POD及CAT酶活性均呈上升趋势,各酶活性总体表现为龙09Y1-199>沪90-6573;抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统的反应龙09Y1-199优于沪90-6573且差异显著。3.在两个发育时间段的三个比较组中,对龙09Y1-199和沪90-6573各自的DEGs进行Venn分析,发现108和499个共表达DEGs占全部DEGs的2.62%和6.67%,同时对两材料间的比较组进行Venn分析,发现1648个共表达DEGs,这些差异基因主要参与代谢过程、细胞过程、生物调节、响应刺激、结合、催化活性和转运蛋白活性等过程,且仅在龙09Y-199中显著富集的通路有光合生物的固碳作用、黄酮生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、脂肪酸的生物合成、柠檬酸循环(TCA循环)、糖酵解/葡酮生成和ABC运输工具;仅在沪90-6573中显著富集的通路有异喹啉生物碱生物合成、氮代谢、吲哚生物碱生物合成和甜菜碱生物合成。通过对龙09Y-199、沪90-6573处理和对照不同发育时间的DEGs聚类及表达趋势分析,发现2个基因模块共1128个基因在处理与对照间呈上调表达且随着处理时间延长,表达量升高。在此基础上,对这些差异基因进行KEGG分析,筛选到苯丙烷类代谢、淀粉和蔗糖代谢以及MAPK信号通路-植物3个显著富集通路;其中,在苯丙烷类代谢通路中有2个苯丙氨酸裂解酶基因、4个莽草酸邻羟基肉桂酰转移酶基因和21个过氧化物酶相关基因呈上调表达;在淀粉和蔗糖代谢通路有3个β-呋喃果糖苷酶基因、1个α-淀粉酶基因和6个β-葡萄糖苷酶基因呈上调表达;在MAPK信号通路有1个蛋白节点MKK2基因、3个脱落酸PYR/PYL蛋白基因、11个蛋白节点相关基因(PP2C基因、Sn RK2基因、MAPKKK17_18基因和CAT1基因)上调表达。
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