羊草种子萌发特性形成过程的转录本分析

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羊草(Leymus chinensis)是我国多年生优质乡土草,具有产草量高、适口性好以及适应性广等特点。而且耐旱、耐寒及耐盐碱性较强。近年来,随着草原畜牧业的发展及生态环境治理力度的加大,以及一带一路的提出,人们对羊草种子的需求量与品质的要求也越来越高。本研究对可能影响羊草种子萌发的内在与外在因素进行了系统研究;在种子发育过程及成熟后不同阶段,系统测定了种子萌发率,并结合转录组测序方法探讨了羊草种子萌发特性的形成机理。主要研究结果如下:  (1)变温处理对种子萌发有“时间剂量累加效应”,即变温处理时间越长,萌发率提高越大。变温处理在第1天的效应最大,一天内接收温度信号的剂量时长在2-16小时,高于16小时萌发率不随时间继续增加,低于2小时萌发率提高不显著;此外还发现,萌发第1天的24小时之内,羊草种子对变温处理有一个敏感的“窗口期”,即8-12小时,在这个时段内变温处理对种子萌发率提高最为显著。  (2)羊草种质的花期显著影响萌发率,开花晚,萌发率高。  (3)羊草种子在发育过程中,含水量逐步下降,授粉后42天稳定在9%。种子干重在授粉后7-14天有个快速增长期,授粉后35天达到最大值,略有下降后保持稳定。发育过程中,85%的羊草种质在授粉后7天内是不能萌发的,95%种质在授粉后14天能够萌发;羊草种子在授粉后14-21天萌发率最低,而授粉后35天-42天具有最高萌发率。萌发率与发育时间呈正相关,R2=0.9313。  (4)选择种子发育过程中萌发率高S19(H)和低S10(L)这两个差异较大的材料进行转录组测序发现:授粉后14天两个材料差异表达的基因数为23359个(上调基因12259个,下调基因11100个),授粉后28天差异基因数17,884(上调基因10459个,下调基因7425个),授粉后42天差异基因数为15245个(上调基因5875个,下调基因9370个);细胞组分基因在发育过程中变化很大,这可能与两种材料种皮颜色的不同有关;筛选出的三个时期都差异表达的2775个基因和H特意表达的23个基因为萌发机理的深入研究提供了备选基因;PP2C、GID2、CPS、KS在整个发育过程中,H中表达量高于L;在授粉后28天,NCED、AAO3在两份材料中表达量存在显著差异,这些基因可能最终造成两份材料中GA和ABA含量不同,进而影响萌发率;两份材料中FLS、LDOX和ANR表达量有显著差异,这可能是两份材料种子颜色出现差异的原因。  这些研究确定了羊草种子萌发的一些基本特性和规律,对羊草种质资源评价和育种具有实用价值,对种子萌发机理的深入研究奠定了扎实基础。
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