榆树种质收集及白榆抗盐分子基础挖掘分析

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土壤盐碱化是一个全球性的问题。植物的生长和发育在盐胁迫下受到严重的影响,同时盐碱地的恶化也限制了林业和农业的发展。生物改良措施具有较低成本、经济收益高的特点。生物措施对土壤的改良效果稳定、影响久远,因此是综合治理盐碱地最佳方法。采用生物改良措施,筛选优良耐盐的林木资源,对盐碱地进行改良。既能对盐碱地进行开发利用,又能产生一定的经济效益。榆树为榆科(Ulmaceae)榆属(Ulmus)植物的统称。全世界榆树约有40余种,主要分布于北半球。我国榆属树种种质资源丰富,共有24种,分布全国各地。榆树具有适应性强、抗寒、抗旱、抗虫、耐盐等优良特性,是我国重要的乡土绿化树种和盐碱地栽培树种。白榆(U.pumila L.)分布最广,目前对于白榆的研究已有很多,并获得了许多优良性状。因此,研究白榆耐盐分子机制对其良种培育及种植推广,有很重要的意义。本论文以山东济宁金乡国有白洼林场一年生白榆幼苗为实验材料,在实验室土培条件下,研究在150m MNaCl胁迫处理下,白榆幼苗生长及光合作用的影响,同时对盐胁迫下相关生理指标进行测定,根据生理指标的结果选取盐胁迫0d和5d时的叶片进行RNA提取及转录组测序并分析盐胁迫下相关基因的差异表达情况,旨在探究白榆盐胁迫下的生理响应机制,为后续良种繁育及盐碱地引种栽培提供依据。主要研究结果如下:1、对济宁金乡国有白洼林场白榆及黄河三角洲地区野生白榆进行优质种质采集,共采集到白榆优质种质资源97份。2、在150m M盐胁迫下,白榆一年生幼苗的生理生化特性表现为:叶片内叶绿素含量在成熟叶中高于老叶;净光合速率在盐胁迫初期出现上升趋势,但是随着胁迫时间延长,光合速率在老叶表现为下降而在成熟叶表现为继续升高;钠钾比在盐胁迫下,短期会出现大幅度增高,之后钠钾比趋于平衡,但在老叶中钠钾比明显高于成熟叶。盐胁迫下白榆叶片内渗透调节物质变现为:脯氨酸含量在老叶中升高明显;可溶性糖含量在老叶和成熟叶中都出现升高趋势。在盐胁迫下白榆幼苗叶片中丙二醛的含量表现为:盐胁迫初期老叶和成熟叶片中MDA含量都出现上升,但是随着盐胁迫处理时间延长,MDA含量在成熟叶片下降,而在老叶中持续上升。盐胁迫下,白榆一年生幼苗体内抗氧化酶活性表现为:叶片内的SOD和CAT酶活性在老叶中升高较为明显,而POD酶活性则在成熟叶片中升高更为明显。据此推测。盐胁迫下,白榆幼苗通过积累叶片内渗透调节物质和增加抗氧化酶活性来提高植株的耐盐性,同时对成熟叶片也有一定的保护,如成熟叶中可溶性糖含量升高、SOD和CAT酶活性增加,钠离子和MDA在老叶中积累等。3、通过对叶片形态观察及解剖观察,发现随着盐胁迫时间延长,白榆叶片都表现为发黄,但是老叶变黄早于成熟叶;老叶中叶片的栅栏组织和海绵组织排列疏松、缩小,叶绿体含量减少,而在成熟叶片中栅栏组织和海绵组织变化不明显。4、对盐胁迫处理0d和5d的白榆幼苗叶片的转录本进行GO富集及功能注释。发现白榆老叶片在盐胁迫下有10897个unigenes差异表达;成熟叶片有9876个unigenes差异表达。通过KEGG富集三点图分析可以看出在白榆成熟叶中差异基因主要参与了基础切除修复、长寿调节通路、过氧化物酶体、剪接等多种途径;在白榆老叶中差异基因主要参与了AMPK信号通路、m RNA监测途径、P13k-Akt信号通路、基础切除修复、m TOR信号通路、剪接等多种途径。通过Map Man对代谢通路分析发现参与光反应的途径下调,脂质合成、代谢、TCA循环等途径上调。对盐胁迫下差异基因表达富集及功能注释发现,在盐胁迫下白榆幼苗差异表达基因多数与渗透调节物质、抗氧化酶活性及光合途径有关。
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