达乌里胡枝子种子响应干旱萌发的转录组学研究

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达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)是一种优良的饲用植物和水土保持植物,分布广泛,在改善土壤结构、提高土壤肥力、控制水土流失、促进整个生态系统良性循环方面发挥重要作用。本文以达乌里胡枝子种子为研究材料,通过不同浓度的聚乙二醇(PEG)溶液处理模拟干旱胁迫萌发,筛选出其对干旱胁迫敏感的时间和浓度,并在该敏感的时间和浓度下取样进行生理生化指标的测定和转录组学分析,挖掘出其与抗旱相关的代谢途径,从而对其响应干旱胁迫的分子机制进行初步研究。主要研究结果如下:(1)用浓度为0(对照,CK)、-0.1 Mpa、-0.3 Mpa、-0.5 Mpa、-0.7 Mpa的PEG模拟干旱胁迫不同时间(3 d、6 d、9 d、12 d、14 d)下,达乌里胡枝子种子的发芽率、发芽指数、幼苗活力指数、胚根长和胚芽长均随着PEG胁迫时间和胁迫程度的增加而呈下降趋势,平均发芽时间呈上升趋势,在复水后对干旱有一定程度的缓解,但仍低于CK。在处理时间为6 d、14 d以及PEG浓度为-0.5 Mpa时,大多数种子萌发指标与对照相比差异显著,6 d、14 d的处理时间以及-0.5 Mpa的PEG浓度为达乌里胡枝子萌发期模拟干旱胁迫的最适时间和最适浓度。(2)浓度为-0.5 Mpa的PEG胁迫处理0 d、6 d、14 d及胁迫6 d后复水处理,然后分析达乌里胡枝子种胚细胞和线粒体中的抗氧化性能及脂质过氧化的变化。结果表明:干旱胁迫处理下,细胞中过氧化氢(H2O2)含量、线粒体中可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量表现为下降趋势;细胞中MDA、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量均显著升高;线粒体中H2O2含量表现为先降低后升高的趋势;超氧化物歧化酶(SOD)活性、细胞中可溶性蛋白含量、线粒体中CAT、APX以及POD活性均呈先升高后降低的趋势。(3)利用转录组测序技术对PEG胁迫处理6 d、14 d以及胁迫6 d后复水达乌里胡枝子进行转录组数据分析,共发掘10598、2307、1598个差异表达基因(DEGs),其中分别有5044、1417、819个上调,5554、890、779个下调。功能分类富集分析结果显示,这些基因主要涉及碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、戊糖磷酸途径、光合作用生物钟的碳固定、光合作用、光合作用天线蛋白、核糖体、核糖体生物发生、昼夜节律-植物、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢、角质、栓质和蜡的生物合成、苯丙氨酸生物合成、淀粉和蔗糖代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、黄酮和黄酮醇生物合成等代谢途径,且大部分参与植物抗旱响应过程。
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