番茄两个NAC转录因子响应铝胁迫的功能研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong477
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
铝毒是酸性土壤上限制作物生产的主要限制因子之一,而酸性土壤占全世界潜在耕地的50%左右。番茄是全世界重要的蔬菜作物之一并且对酸、铝非常敏感,阐明其对酸铝胁迫的响应机制及转录调控机制,不仅可揭示植物酸铝毒害机制,而且为遗传改良和培育番茄耐酸铝新品种提供了基础。本研究通过番茄耐酸铝能力筛选和RNA-Seq,鉴定了番茄根尖早期铝胁迫响应基因,并通过生物信息学分析,对2个番茄NAC家族成员NAC063和NAC064在调控番茄耐铝机制中的作用进行了研究。主要研究结果如下:番茄早期铝敏感及后期根伸长回复机制研究。为研究番茄铝毒和铝胁迫响应机制,我们首先对7个不同基因型番茄进行了耐铝性筛选。通过铝诱导根伸长抑制研究发现,不同基因型间对铝胁迫无显著差异。因此,后续试验我们均以栽培种番茄AC(Ailsa Craig)为研究对象。通过pH梯度和铝浓度梯度试验,确定铝浓度5 μM和pH 5.0为番茄幼苗铝处理最适合条件。我们发现,番茄在该处理条件下处理6h后,其根长就被抑制40%。然而处理24 h后,其根长仅被抑制了 10%,这说明在铝胁迫后期,番茄耐铝机制被激活或出现新的耐铝机制。进一步研究发现,根长回复机制与铝活度和根尖总铝含量无关,而与铝在根尖的分布与转运有关。系统发育与基因表达分析显示,铝在根尖的转运与分布可能与SlNIP1;2和SlALMT10协同作用有关。番茄根尖铝响应基因鉴定与分析。经转录组分析,我们在对照组(正常条件)和处理组(铝处理条件)数据中分别平均鉴定到20,931和20,785个基因。差异表达基因(DEGs)共2409个,其中表达上调基因1620个,下调基因789个。差异表达基因经GO生物学功能富集和KEGG代谢途径富集分析后发现,铝胁迫主要影响番茄代谢途径和次生代谢相关基因的表达,从而抑制根生长。已知耐铝同源基因在番茄中均受铝胁迫诱导上调。我们鉴定到89个差异表达转运蛋白基因,主要是参与铝吸收和累积、有机酸分泌和细胞壁修饰相关。同时发现,受铝诱导表达上调的转录因子大部分属于MYB和NAC家族。这些发现为构建番茄耐铝调控网络奠定基础。番茄NAC家族成员的鉴定与分析。利用生物信息学分析,我们在番茄基因组共鉴定到93个NAC家族成员。根据系统发育分析结果,93个NAC基因可划分为5个亚家族。同时根据NAC基因在番茄染色体上的分布,我们对所有番茄NAC转录因子进行了重新命名,解决了已报道番茄NAC命名混乱的问题。表达谱分析显示,93个NAC在不同组织和不同果实发育阶段,有着不同的表达模式。结合番茄根尖转录组以及环己酰亚胺处理后的qRT-PCR分析,我们发现NAC基因是参与番茄根尖早期铝胁迫响应基因。本研究为进一步解析番茄NAC基因生物学功能提供了基础,将有助于今后番茄农业性状的改良。SlNAC063转录因子参与调控番茄耐铝性。转录调控在植物适应铝毒害的机制中起着重要的作用。然而,目前鉴定到的参与植物铝胁迫响应的转录因子研究仍然非常有限。本文鉴定到一个受铝胁迫表达上调的番茄NAC转录因子基因,SlNAC063。进一步研究发现,SlNAC063是一个核定位的转录激活子,其转录激活活性依赖C端C2结构域。表达模式分析显示,铝处理条件下,SlNAC063在番茄根中特异性受铝诱导上调,且在根尖处尤为明显。此外,SlNAC063受铝诱导上调表达水平随铝处理浓度和时间的增加而上升。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,我们获得了 SlNAC063的功能缺失突变体,nac063#5-5和nac063#5-7。表型分析发现,正常条件下,nac063#5-5和nac063#5-7根伸长小于野生型WT;铝胁迫下,突变体与WT的根伸长无显著性差异,但突变体根尖总铝含量低于WT。以上结果表明,SlNAC063负调控番茄耐铝性且影响番茄根系发育。SlNAC064通过调控SlAAE3-1参与番茄铝胁迫响应。AAE3基因编码草酰辅酶A合成酶,其介导的草酸代谢途径在提高生物和非生物胁迫(Al和Cd胁迫)耐性方面起重要作用。然而,AAE3上游的转录调控机制仍不清楚。结合番茄根尖转录组和TomExpress平台番茄转录组数据库,我们通过分析SlAAE3-1与所有番茄转录调控子之间的共表达相关性系数,找到6个可能调控SlAAE3-1的转录因子,它们分别是 HSFA3、JA2(SlNAC090)、C6HC-type、C3HC4 RING-type、Homebox-WOX和NOR-like 1(SlNAC064)。双荧光素酶瞬时表达系统分析显示,这6个转录因子均可以调控SlAAE3-1。有趣的是,通过分析(SlAAE3-1在nac064突变体中的表达,发现SlNAC064对SlAAE3-1的调控具有组织特异性,即在叶中正调控SlAAE3-1,而在根中负调控SlAAE3-1。此外,我们鉴定并分析了番茄中的53个AAE家族成员,发现共有9个成员基因表达受铝胁迫调控,其中3个AAE基因(SlAAE3-1、SlLA CS3和SlAAE1-6)表达上调最显著。同时发现,这3个AAE基因响应不同重金属、植物激素和盐等非生物胁迫。综上所述,我们鉴定到SlNAC063和SlNAC064参与番茄耐铝,并初步明确耐铝基因SlAAE3-1受SlNAC064调控,丰富了番茄耐铝机制,为未来番茄遗传改良和分子育种提供理论基础,最终提高酸性土壤中番茄种植产量。
其他文献
目的:在跟骨骨折取足跟部外侧L形切口行切开复位内固定术后应用益气活血法,观察益气活血法在缓解术后疼痛、减轻术后患肢肿胀、促进术后切口恢复等方面的疗效。探讨益气活血法在跟骨骨折术后的应用机制,分析益气活血方的功效作用,评价其安全性,为临床治疗跟骨骨折提供参考依据。方法:根据纳入与排除标准,选取跟骨骨折行L形切口手术治疗的患者60例。随机分为两组,每组各30例。其中对照组在跟骨骨折术后予以骨科常规治疗
研究目的:通过本次临床观察证实外伤一号治疗颈型颈椎病的临床疗效。研究方法:本次临床研究收集符合纳入标准的患者120位,随机平均分为A、B、C三组,A组使用自拟外伤一号硬膏,B组使用外伤一号改进剂软膏,C组使用双氯芬酸钠贴。并设置4个访视时间,治疗前、治疗后1天、7天、14天患者分别填写VAS、NDI、PSQI量表。治疗前与治疗后由固定的两位骨科医生测量患者颈椎活动度,患者拍摄颈椎正侧位片,运用云南
目的:观察中药熏蒸联合内服中药治疗粉刺性乳痈肿块期的临床疗效,探讨中医治疗粉刺性乳痈肿块期的新思路。方法:将2020年01月—2020年12月符合粉刺性乳痈肿块期纳入标准,辨证属肝经郁热的患者72例,随机分为治疗组与对照组各36例。对照组口服中药配方颗粒粉痈3方,日一剂,每日2次,温开水100ml,饭后冲服。治疗组予中药熏蒸及口服中药,每次熏蒸20分钟,日一次。疗程为14天,记录两组治疗前及治疗后
为设计出适用于合解环运行方式灵活、网架结构薄弱的220kV区域电网的安全稳定控制系统,以贵州省奢香区域电网为例,采用BPA程序建立了交直流系统机电暂态仿真模型,针对2013年丰大、枯大合环、解环多种运行方式进行潮流稳定计算分析。结果表明,合解环运行方式下系统潮流分布、稳定问题和稳控措施差别较大,且不同解环方式的判别方法和切机切负荷对象也不同。为准确判断系统运行方式、实施正确的稳控措施,稳控系统宜采
在电力系统热倒母线操作过程中,由于气体绝缘开关设备缺少开关状态的准确感知,易引起电力安全事故。为实现GIS隔离开关合闸状态的在线检测,研究基于热倒母线转换电流等效模型的合闸状态判断方法,建立基于母线转换电流的合闸状态判据;通过同时考虑GIS外壳感应电流对母线转换电流测量的不良影响,提出了一种非侵入式GIS开关合闸状态检测方案。现场实验表明,该检测方法对热倒母线过程中GIS开关合闸状态实现准确识别,
背景:随着人口老龄化进程的加剧,老年人的睡眠质量已经成为社会关注的重要问题,在社区,老年人往往合并包括睡眠障碍在内的多种慢性病,给基层医疗卫生服务带来诸多挑战。研究显示,与患单一慢性病老年患者相比,慢病共病老年患者睡眠质量较差,影响多种心血管危险因素综合控制的达标。需要特别关注的是基层睡眠质量管理还存在诸多不足,需要进一步改善。2020年突发新冠肺炎疫情以来,老年人的睡眠健康管理面临着新的挑战。目
科学精神是崇尚真知,能理解和掌握基本的科学原理和方法,尊重事实和证据,有实证意识和严谨的求知态度。笔者通过"成长的不仅仅是身体"一课的设计,着眼于培养学生的理性精神,以新冠肺炎疫情为主线,面对疫情中的谣言要学会独立思考、理性分析;面对新冠病毒"不人传人"的论断要培养批判精神、理性质疑;面对新冠疫苗的研发,启发青少年要学会勇于探究、开发创造潜力。本节课的设计体现学生的学习过程不仅是一个接受知识的过程
学位
学位
针对不同的DNA损伤类型,细胞具有不同的修复途径。除同源重组外,非同源末端连接(NHEJ)参与了 DNA双链断裂的修复过程。然而由于缺乏精确的模板,NHEJ被认为是一种易错的修复途径。X-家族DNA聚合酶Polμ缺乏校对功能,具有较低的延伸保真性,在NHEJ途径中参与了损伤DNA末端缺口的填补过程。研究表明Polμ可以和DNA连接酶协同工作,对模板T进行dGTP的错误掺入,并直接完成错配产物的连接