烟草耐旱突变体的筛选鉴定与转录组分析

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干旱是影响植物生长发育和产量的重要制约因素,选育耐旱烟草品种对农业生产实践具有重要意义。本研究通过对EMS诱变的烟草突变体进行筛选与鉴定,初步获得5个耐旱性优良的烟草株系。随后选择存活率最高的突变体M28进行生理生化特性研究,并对干旱前后M28与K326进行了转录组学分析。本研究不仅解析了该突变体可能的耐旱机制,也为烟草育种工作提供了宝贵的种质资源。主要研究结果如下:1、经苗期自然干旱筛选试验,初步筛选了耐旱烟草突变体69个。其中从株系EMS1801中筛选出11株,EMS1802中筛选出3株,EMS1804中筛选出4株,EMS1814中筛选出2株,EMS1818中筛选出13株,EMS1839中筛选出16株,EMS1845中筛选出3株,YJ180814中筛选出2株,YJ180961中筛选出5株,YJ181024中筛选出5株,YJ181031中筛选出2株,SY181037中筛选出3株。单株收种后经2次干旱鉴定试验排除假阳性,对干旱14天的表型情况及复水后各株系的存活率进行统计分析,初步确定M28、M32、M35、M37、M87五个耐旱材料。2、生理生化指标显示,在干旱处理7 d(或14 d)后,突变体M28叶片相对含水量、过氧化物酶活性、净光合速率显著高于K326;超氧化物歧化酶、过氧化氢含量、超氧阴离子含量、相对电导率、丙二醛含量、气孔导度及蒸腾速率显著低于K326。相对应地,自然干旱表型显示,经干旱胁迫31 d及复水3 d后,M28的绿色部分高于对照K326;甘露醇模拟干旱表型显示,M28和K326在干旱处理1h、2h时均有明显的叶片萎蔫现象,在4h以后,M28突变体叶片萎蔫得到恢复,K326叶片萎蔫现象持续且更加严重。以上结果进一步表明突变体M28的耐旱性强于K326。3、对M28和K326的转录组分析表明,M28耐旱性强于K326,可能主要与泛素及其他萜类化合物生物合成、谷胱甘肽代谢、硫代谢、卟啉和叶绿素代谢途径、ABC转运体、类胡萝卜素代谢途径、α-亚麻酸、β-丙氨酸及光合作用途径有关。M28和K326各自响应干旱胁迫的途径也有所不同,相较于K326,M28上调表达基因主要富集在谷胱甘肽代谢途径、α-亚麻酸代谢途径及β-丙氨酸代谢途径,说明M28在响应干旱胁迫过程中可能具有更好的抗氧化缓冲系统及更强的质膜稳定性。4、对M28和K326富集在干旱相关KEGG通路的差异表达基因进行分析,找到5个最可能与耐旱相关的基因,包括ABC转运体途径中的3个含p环核苷三磷酸水解酶基因、α-亚麻酸代谢途径中的1个铜胺氧化酶基因、β-丙氨酸代谢途径中的1个谷氨酸脱羧酶基因。
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