野生玫瑰耐盐生理机制研究与耐盐调控因子挖掘

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玫瑰(Rosa rugosa Thunb.)属于蔷薇科蔷薇属灌木植物,分为野生玫瑰和栽培玫瑰。栽培玫瑰富含玫瑰精油,广泛应用于香料工业,但是由于长期的甜土栽培和人工选择,其耐盐性显著退化;而野生玫瑰成自然分布于沿海滩涂,具有强耐盐性。基于以上背景,本研究利用石蜡切片、非损伤微测等技术探究了野生玫瑰的生理耐盐机制,通过转录组测序筛选了耐盐性的调控因子,并通过拟南芥异源表达初步验证了两个关键转录因子的调控机制,其主要结果如下:1.石蜡切片观察发现,野生玫瑰叶、茎、木质化主根、白色幼根各器官中均不存在特化结构或组织,排除其生理泌盐或稀盐机制;Na+荧光检测长期盐处理后的玫瑰,发现野生玫瑰根部组织Na+荧光显著强于栽培玫瑰,表明野生玫瑰根部细胞有大量Na+积聚,而栽培玫瑰根部Na+扩散或转运至地上组织;根系非损伤Na+流测定发现,8h盐胁迫过程中,野生玫瑰根系Na+为外排状态且外排Na+速度显著高于栽培玫瑰。初步推测,野生玫瑰耐盐生理基础和其根系有关:根系细胞一方面通过离子区隔化,限制过量Na+向地上组织扩散、转运,另一方面,通过较快Na+外排速度减少根系中过量积聚的Na+。2.利用盐处理的野生玫瑰叶片和根系进行转录组测序,预测出17253个差异表达基因,其中包含240个转录因子,选择在根系和叶片中相同上下调趋势的6个转录因子RrLBD40、RrCOL1、RrGLK、RrC2H2、RrC3H和RrHRTL为候选耐盐调控因子。候选基因的亚细胞定位其都定位于细胞核;170 mM NaCl处理显著诱导了野生玫瑰叶片和根系中RrLBD40和RrCOL1表达,但是抑制了其他候选基因。3.候选基因异源过表达发现,盐胁迫下,RrLBD40过表达拟南芥的根系显著长于野生型;但观测Na+荧光发现在相同浓度的盐胁迫处理下转基因拟南芥并没有表现出和WT植株很明显的差异;过表达株系转录组测序,预测了RrLBD40通过与生长素应答蛋白基因SUAR和钙依赖性阳离子通道蛋白基因ADVC之间相互作用,调控ROS清除与离子转运促进耐盐性;RrCOL1或许通过植物激素介导的信号转导途径串联调控盐胁迫反应。因此,RrLBD40和RrCOL1可以作为后续利用基因工程手段获得转基因玫瑰的候选基因。
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