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花花柴(Kareliniacaspia)是菊科(Asteraceae)花花柴属(Karelinia)多年生草本植物,喜生于高温荒漠地带的盐生草甸,常大片群生,可作为饲草利用,且具有很强的耐盐、耐旱及耐高温等抗逆性。本研究通过对花花柴叶片在45℃高温条件下进行Oh、2 h、4 h、8 h、12 h五个处理,对其DNA、RNA及蛋白质进行电泳分析,并对五个处理叶片细胞的原生质体进行彗星电泳检测,为发掘花花柴耐高温的生物学特性及利用提供参考依据。通过对常温-高温处理的花花柴叶片进行转录组测序及分析,挖掘花花柴耐高温相关基因及生物学路径,以期从基因转录水平揭示花花柴响应高温胁迫的分子机制,为耐高温分子育种提供基因资源和参考依据。同时,测定了沙漠花花柴不同生育期根、茎、叶中Ca2+、Mg2+、Na+、K+四种阳离子的含量,以期揭示Ca2+、Mg2+、Na+、K+的动态变化与花花柴耐高温的关系。此外,通过克隆获得了Kc CDPK32、Kc_CIPK9、Kc_CIPK5基因CDs全长,利用BP-LR反应构建了超表达载体。主要研究结果如下。1.花花柴叶器官经45℃处理12h时DNA明显降解,处理8h后RNA开始降解且蛋白质降解明显。通过彗星电泳检测发现处理8 h后花花柴叶片细胞变形、明显受损。表明花花柴耐受45℃高温的临界时间为8 h,其具有很强的适应能力,可作为研究植物耐高温的重要材料和高温荒漠区生态恢复及重建的重要种质资源。2.(1)通过常温-高温比较转录组测序,共获得68 244个Unigene,总长72.26 M,平均长度111Ont,N50达到1756nt,其中差异表达基因有32 777个(差异表达倍数>2),将获得的差异表达基因在NR,NT,Swiss-Prot,KEGG,COG,GO(E-value<1.0E-5)等数据库进行比对,发现 13 593 个差异表达基因得到注释,其中5358个基因上调表达,8235个基因下调表达。(2)通过对这些差异表达基因进行分析,发现类胡萝卜素生物合成,玉米素生物合成,植物激素信号转导,黄酮和黄酮醇生物合成,α-亚麻酸代谢,谷胱甘肽代谢,类黄酮生物合成,不饱和脂肪酸生物合成,鞘糖脂生物合成-ganglio系列,鞘糖脂生物合成-globo系列,鞘脂类代谢,核糖体,内质网蛋白质加工路径,角质、软木脂和蜡的生物合成路径等代谢路径的差异表达基因与花花柴耐高温能力关系密切。(3)对获得的差异表达基因进行分析发现,Ca2+转运相关的差异表达基因共有74个,其中24个上调表达,50个下调表达。3.通过实验发现花花柴根和茎器官中,K+/Na+比值变化幅度大,在0.45-1.64之间,在叶器官中该比值较小且变化范围也较小,在0.12-0.43之间。推测花花柴中K+/Na+比值变化幅度大可能与其耐盐性有关。在花花柴花期(高温)茎和叶中K+/Na+比值大幅下降,推测K+/Na+比值的下降与高温相关。花花柴各器官的(Ca2++Mg2+)/(Na++K+)比值在花期(高温)最高,而在该时期Na+、K+含量相对较低,Ca2+、Mg2+含量则较高,推花花柴对二价阳离子的吸收能提高其耐高温性。这些结果表明花花柴在高温期能通过对Ca2+、Mg2+等离子的选择吸收提高其高温耐受性。4.(1)通过实验及测序获得了Kc_CDPK32、Kc_CIPK5、Kc_CIPK9基因CDs全长。其中Kc_CDPK32基因全长1587bp,编码528个氨基酸;Kc_CIPK5基因全长1356bp,编码451个氨基酸;Kc_CIPK9基因全长1320bp,编码439个氨基酸。(2)利用BP-LR技术将获得的三个基因构建到PK2GW7植物表达载体,得到PK2GW7-Kc_CDPK32、PPK2GW7-Kc_CIPK9、PK2GW7-Kc_CIPK5三个基因表达载体并保存于GV3101和EHA105农杆菌中。