基于高通量测序技术分析菌根对蒙古扁桃抗旱机制的影响

发布时间：2016-11-19 09:26

  本文关键词：基于高通量测序技术分析菌根对蒙古扁桃抗旱机制的影响，由笔耕文化传播整理发布。

《内蒙古农业大学》 2015年

基于高通量测序技术分析菌根对蒙古扁桃抗旱机制的影响

王琚钢  

【摘要】：蒙古扁桃广泛分布于蒙古高原南部的荒漠区,具有很高的生态和经济价值。该物种对干旱显示出了极强的耐受力,但有关该物种的抗旱机制,尤其是分子水平的抗旱机制并不清楚。此外,菌根的存在也会显著提高蒙古扁桃的干旱耐受力,那么,在分子水平上,菌根是如何发挥这种提高作用?我们也不得而知。本研究就是针对以上问题开展了分子水平的研究。在研究中,我们首先对正常供水和干旱胁迫处理的非菌根化蒙古扁桃进行了高通量测序,结合两组非菌根化蒙古扁桃苗木的生长、生理生化指标的变化,系统分析了非菌根化蒙古扁桃抗旱机制；进而又对确定形成菌根的蒙古扁桃,采取相同的水分处理和培养条件,相同时间收获后对两组菌根化苗木进行高通量测序,结合非菌根化苗木的两组测序数据和前期生理生化水平的研究,从分子水平上详细揭示菌根化蒙古扁桃的抗旱机制。研究结果表明：(1)WW和DS文库各获得了28713735和26650133原始Reads,经拼接组装后共获得了67352个转录本,转录本平均长度为874.44 bp。和非胁迫对照相比,干旱胁迫处理蒙古扁桃幼苗中有3365个差异表达转录本,其中1876个(55.75%)上调转录本和1489个(44.25%)下调转录本。(2)尽管干旱胁迫下蒙古扁桃的光合作用是下降的,但蒙古扁桃体内三种激素(ABA、生长素和细胞分裂素)含量的变化导致叶片气孔关闭,细胞伸长和分化受阻,这些变化对蒙古扁桃在戈壁荒漠极端干旱环境中生存是极为有利的。(3)对蒙古扁桃水孔通道蛋白及SOD酶基因家族的表达变化规律分析显示,干旱胁迫下蒙古扁桃的细胞质膜上PIP家族转录本表达下降,但液泡膜上TIP家族部分上调表达,部分下调表达,这些转录本的表达变化受ABA等激素调控,以此在干旱胁迫后期维持着一个较低但相对稳定的叶片水势；干旱胁迫下,蒙古扁桃通过激活体内的Fe-SOD转录本,以及提高Mn-SOD转录本的表达,以此来提高体内总SOD活性,应对ROS带来的细胞损伤。(4)通过对干旱胁迫和正常水分处理的菌根化蒙古扁桃进行NGS测序,以及对此前获得正常水分和干旱胁迫处理非菌根化蒙古扁桃RNA-seq数据重新拼接分析,在四个文库中共获得43641个转录本。在p值阈值为0.001的前提下,MD和MW处理相比,一共有820个DETs,其中738个上调转录本,82个下调转录本；MD和DS相比,一共有3751个DETs,其中2208个上调转录本,1543个下调转录本；MW和WW相比,一共有2315个DETs,其中867个上调转录本,1448个下调转录本。(5)进一步对这些DETs进行KEGG代谢路径富集分析,其结果表明：①干旱胁迫下菌根的形成主要增加了PS Ⅱ系统的稳定性,以维持一个相对较高的光合速率；同时淀粉等大分子有机物合成代谢增强,这是菌根化蒙古扁桃生长增加的原因;另外,菌根的形成提高了蒙古扁桃的C4固定路径相关基因的表达,这是菌根提高蒙古扁桃水分利用效率的原因。②接种摩西球囊霉后,蒙古扁桃体在暗光条件下ABA合成增加,这是菌根化蒙古扁桃体内ABA含量进一步上升的直接原因；另外菌根的形成也促进了生长素、玉米素和油菜素内酯的生物合成,这些激素共同作用于蒙古扁桃,使其更好的应对干旱胁迫。③形成菌根后,蒙古扁桃对N,P主要依靠菌根吸收途径来完成；另外,菌根化蒙古扁桃对N的固定能力增强,同时胺合成的相关代谢也增强。④正常水分下果糖的分解代谢受到抑制,干旱胁迫下除了果糖的分解代谢受到抑制外,山梨糖分解代谢受到抑制,甘露糖的合成增加,这是菌根化蒙古扁桃在干旱胁迫前维持着相对较高可溶性糖含量的原因；菌根的形成抑制了蒙古扁桃脯氨酸合成的主要路径,但增加了脯氨酸通过次要合成路径合成,这是菌根化蒙古扁桃和非菌根化蒙古扁桃在不同水分处理下脯氨酸含量变化不大的原因；另外,菌根的形成促进了干旱胁迫下蒙古扁桃体内甜菜红碱的合成,这些渗透物质共同维持着菌根化蒙古扁桃合适渗透压。⑤不论是正常水分,还是干旱胁迫,菌根的形成均能抑制蒙古扁桃体内ROS生成以及脂肪酸的氧化,抗氧化酶的表达则显著增加,而在干旱胁迫下抗氧化酶的表达会进一步增强；菌根化蒙古扁桃体内GSH向GSSG转变增强,这可以增加体内NADPH的供给,以维持正常的代谢。⑧蒙古扁桃和摩西管柄囊霉形成共生体后,在干旱胁迫下可以激活光敏色素,影响植物的昼夜节律；再者,在不同水分处理下,菌根形成后MAPK信号传导路径以及钙离子信号传导路径中基因表达变化对蒙古扁桃应对干旱胁迫亦十分有利。⑥聚类分析的结果显示蒙古扁桃四个样品分为两组,非菌根化蒙古扁桃(DS和WW)和菌根化蒙古扁桃(MD和MW)；相关性分析结果则表明MD和DS处理相关性最低,蒙古扁桃未形成菌根和形成菌根采用的是不同的抗旱机制。研究结果可为李属核果类植物的遗传育种提供相关基因资源,并且可为蒙古扁桃的菌根化苗木的定向培育奠定理论基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S793.9
【目录】：

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