【摘 要】
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马铃薯是世界四大粮食作物之一,深受许多国家的青睐。但对水分缺失敏感,如今频发的干旱对马铃薯生产的影响日趋严重,选育抗旱品种是应对干旱的有效途径之一。马铃薯二倍体近缘种具有诸多优良基因,可以作为抗旱资源筛选的重要供体材料,探究其对干旱胁迫应答的分子机制和发掘相关调控基因对马铃薯抗旱种质创制具有重要的意义。本试验对75份二倍体栽培种PHU-STN杂种后代无性系组培苗进行抗旱棚控水种植,利用抗旱生理指标
【基金项目】
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国家现代农业产业技术体系专项资金(CARS-09); 国家自然科学基金(31601355);
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马铃薯是世界四大粮食作物之一,深受许多国家的青睐。但对水分缺失敏感,如今频发的干旱对马铃薯生产的影响日趋严重,选育抗旱品种是应对干旱的有效途径之一。马铃薯二倍体近缘种具有诸多优良基因,可以作为抗旱资源筛选的重要供体材料,探究其对干旱胁迫应答的分子机制和发掘相关调控基因对马铃薯抗旱种质创制具有重要的意义。本试验对75份二倍体栽培种PHU-STN杂种后代无性系组培苗进行抗旱棚控水种植,利用抗旱生理指标综合评价方法,将材料分为不同的抗旱等级;对其进行PEG-6000胁迫处理,利用转录组测序技术进一步探讨响应干旱的调控机制,挖掘抗旱相关基因,并利用RT-q PCR探究抗旱相关基因在不同胁迫下的表达模式及表达部位。研究结果为马铃薯二倍体种质资源评价、抗旱相关候选基因的鉴定和抗旱新种质的创制奠定基础。主要结果如下:(1)在干旱胁迫下,供试二倍体马铃薯材料表现出丰富的遗传多样性,聚类分析将材料分成4个抗旱等级,其中类群Ⅰ、Ⅱ中的7份材料(A90、A204、A200、A233、A83、A59和A52)抗旱性较强,可作为优异的抗旱资源。(2)对4份抗旱等级不同的材料进行转录组测序,发现其对干旱胁迫的响应存在差异。干旱胁迫处理下共有1885个差异表达基因,这些基因主要富集在氨基酸的合成与代谢、光合作用、植物激素信号转导、抗氧化作用等抗旱相关过程中。(3)对4份材料中显著富集在相关抗旱通路上的259个共差异表达基因进行转录因子的预测,得到44个差异表达基因注释到GRAS、AUX/IAA、b HLH等20个转录因子家族中;对测序结果进行RT-q PCR验证,其结果与测序结果趋势一致。(4)对2份抗旱性不同的二倍体材料进行3个抗旱相关基因RT-q PCR检测,发现3个基因在干旱胁迫、盐胁迫和低温胁迫下均表现出上调的表达模式,其表达量由于材料基因型或部位的不同随着胁迫时间的延长呈现不同的表达趋势。基因St BAM 3受干旱和盐胁迫主要在高抗材料的根与叶中高度表达,受低温胁迫在根、茎和叶中高度表达,该基因在干旱敏感材料受干旱和低温胁迫后主要在根和叶中高度表达,受盐胁迫只在叶中高度表达;基因St IAA17在干旱和盐胁迫下主要在两份材料的茎与叶中高度表达;基因St S/TK 1在干旱和低温胁迫下主要在高抗材料的根和叶中高度表达,在盐胁迫下只在根中表达,干旱敏感材料受干旱胁迫下主要在根和叶中表达,受低温胁迫下在茎和叶中表达,受盐胁迫下在根中表达。
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