氯脅迫下藍(lán)莓葉片的轉(zhuǎn)錄組測序及對(duì)光合生理、氮代謝相關(guān)基因的表達(dá)分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、藍(lán)莓(Vaccinium corymbosum L.)為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vacciniumspp.)的多年生灌木果樹。因其果實(shí)富含花青素、黃酮等活性物質(zhì)而被稱為“五大健康水果”之一。近年來南方各省藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,但相關(guān)栽培生理的研究則嚴(yán)重落后。目前生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)明確藍(lán)莓是一種忌氯植物,但相關(guān)機(jī)理卻未見報(bào)道。氯(Chlorine,Cl)為植物16種必需營養(yǎng)元素之一,但其過量則引起植物葉片產(chǎn)生褐色焦?fàn)畎唿c(diǎn),嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致

2、落葉甚至植物死亡。但有關(guān)植物對(duì)氯毒脅迫內(nèi)在的傷害機(jī)理仍缺乏相關(guān)的研究。
  本論文以對(duì)氯離子較敏感的‘布里吉塔’及較耐受品種‘夏普藍(lán)’兩品種藍(lán)莓苗為材料,主要研究了氯脅迫下對(duì)植株光合生理及氮代謝通路相關(guān)基因表達(dá)的影響;并通過Illumina Hiseq測序平臺(tái)以藍(lán)莓在氯離子脅迫條件下的葉片為樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,獲得大量轉(zhuǎn)錄本序列;接著,分別構(gòu)建2個(gè)表達(dá)譜文庫(即正常對(duì)照與150 mM Cl-2d文庫),篩選兩兩差異表達(dá)基因,建立數(shù)

3、字基因表達(dá)譜,以期從基因表達(dá)角度揭示氯離子脅迫對(duì)植物的損傷機(jī)理,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中提高肥水管理提供理論基礎(chǔ)。研究主要結(jié)果如下:
  1、氯脅迫處理4d時(shí)150 mmol/L氯脅迫水平下,兩品種葉片葉緣均出現(xiàn)焦黃,隨著處理的加重及時(shí)間的延長,癥狀愈加明顯;而葉綠素含量及質(zhì)膜透性等均在75 mmol/L氯離子處理2d就出現(xiàn)顯著差異;氯脅迫下,藍(lán)莓葉片光合速率顯著下降、Fv/Fm等熒光參數(shù)異常、PSⅡ系統(tǒng)中PsbP、 PsbE、PsbR幾

4、個(gè)蛋白基因的表達(dá)顯著下降,反映PSⅡ已經(jīng)受到損傷;這可能是由于Chl Cu/Zn-SOD、Cyt Cu/Zn-SOD、Fe-SOD和Cyt Mn-SOD以及POD、CAT等抗氧化酶的表達(dá)量下降導(dǎo)致活性氧自由基的積聚導(dǎo)致的。兩品種相較而言,夏普藍(lán)明顯較布里吉塔更晚出現(xiàn)氯毒癥狀,PSⅡ中心蛋白基因及抗氧化蛋白基因的表達(dá)量降幅亦普遍更小,其原因可能是由于夏普藍(lán)相對(duì)更耐氯脅迫。
  2、利用qRT-PCR分析氯離子脅迫對(duì)藍(lán)莓葉中氮代謝相關(guān)

5、基因的表達(dá)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比,銨轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AMT2在氯脅迫2d時(shí)表達(dá)顯著增加,相反地AMT1、AMT3基因的表達(dá)量下降,說明氯脅迫對(duì)AMT基因的表達(dá)有不同的影響,且各種AMT基因的表達(dá)受環(huán)境影響的效應(yīng)各不相同;兩品種藍(lán)莓葉中硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NRT1.5和NRT2)以及硝酸還原酶(NR)的表達(dá)水平普遍受氯脅迫的誘導(dǎo)而呈上調(diào)趨勢,尤其在75 mM時(shí)增幅最高,這可能是藍(lán)莓應(yīng)對(duì)氯脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)。
  3、通過Illumina Hi

6、seq測序平臺(tái)完成藍(lán)莓葉片轉(zhuǎn)錄組測序獲得RNA-seq高質(zhì)量測序數(shù)據(jù),對(duì)所有clean data進(jìn)行從頭組裝,通過組裝得到103,560個(gè)轉(zhuǎn)錄本,平均長度為1027.95 bp,其中最長轉(zhuǎn)錄本達(dá)13,843 bp,最短轉(zhuǎn)錄本長度為201 bp。大部分(57.58%)長度大于400 bp。我們將得到的All-Unigene與已知的公共數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫NR,COG數(shù)據(jù)庫和KEGG數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在設(shè)定的E值區(qū)間內(nèi)有6,151(4

7、7.02%)個(gè)和3,489(26.67%)個(gè)All-Unigene能夠比對(duì)到GO數(shù)據(jù)庫和KEGG數(shù)據(jù)庫。但仍有12.9%的All-Unigene在NR庫中不能得到注釋。其原因可能是由于藍(lán)莓自身沒有全基因組數(shù)據(jù)庫,已知的EST數(shù)量有有限;另一方面可能是測序的一些短片段重復(fù)性較高,不能夠得到有效的比對(duì)結(jié)果。
  4、對(duì)表達(dá)譜文庫進(jìn)行差異表達(dá)基因分析,利用KEGG數(shù)據(jù)庫,將基因按照參與的pathway通路或行使的功能分類,以樣本0mM

8、Cl-處理0d為對(duì)照,針對(duì)兩兩分組的差異表達(dá)基因?qū)⒉町惢蝻@示在KEGG pathway通路圖上,展示差異基因KEGG通路的有306個(gè)Pathway。其中能夠注釋到代謝通路(Metabolicpathways)、次生代謝產(chǎn)物生物合成(Biosynthesis of secondary metabolites)以及光合作用(Photosynthesis)的unigenes分別有1177、700和45個(gè)。利用GO數(shù)據(jù)庫,將基因進(jìn)行分類與GO

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