【摘 要】
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盐胁迫是限制植物生长发育的主要环境胁迫之一。高粱作为世界五大谷物作物之一,土壤盐渍化严重影响了其产量。本研究以高粱品种黑63027为试验材料,对三叶一心期的高粱幼苗进行Na Cl处理,处理浓度为150 m M,利用高通量转录组测序(RNA-seq)及脂质组检测技术(Lipidomics),对Na Cl胁迫条件下高粱幼苗叶片进行检测。对所得的数据进行分析,并结合生理表型及基因表达调控情况进行了研究,
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盐胁迫是限制植物生长发育的主要环境胁迫之一。高粱作为世界五大谷物作物之一,土壤盐渍化严重影响了其产量。本研究以高粱品种黑63027为试验材料,对三叶一心期的高粱幼苗进行Na Cl处理,处理浓度为150 m M,利用高通量转录组测序(RNA-seq)及脂质组检测技术(Lipidomics),对Na Cl胁迫条件下高粱幼苗叶片进行检测。对所得的数据进行分析,并结合生理表型及基因表达调控情况进行了研究,研究结果如下:1、本研究对0 h、12 h、24 h和72 h Na Cl胁迫下的高粱幼苗叶片进行转录组测序,结果显示:在|Log2FC|≥2的筛选标准下,共筛选出2925个差异表达基因,包含1500个上调差异表达基因和1425个下调差异表达基因。其中“0 h VS 12 h”对比组中差异基因数目最多,为1059个。对0 h各对比组中的差异表达基因进行Go分类和KEGG-pathway分析,注释到代谢通路的差异表达基因显著富集。一些转录因子参与调节盐响应基因中MYB、WRKY、NAC和b HLH所占比例较高。在激素和渗透调节中也有许多盐响应基因。2、在Na Cl胁迫下,通过观察生长表型发现高粱幼苗叶片受胁迫的影响较大,叶片逐渐萎蔫。高粱幼苗叶片中渗透调节物质的含量及MDA含量随着胁迫时间的延长而增多,抗氧化系统中SOD、POD活性随着胁迫时间的增加呈现出先升高后降低的趋势,而叶绿素含量在盐胁迫下有所下降。同时,从本研究转录组数据中筛选出与MDA含量密切相关的LOX基因,该基因大部分上调表达,而参与叶绿素合成和降解基因以及光合相关的基因均下调表达。生理指标与基因表达相一致,为更深入的研究盐胁迫下植物生理变化提供了理论依据。3、本研究对Na Cl胁迫0 d、3 d、7 d和14 d的高粱幼苗叶片进行了脂质组(Lipidomics)检测,共检测到2种半乳糖脂,6种磷脂和3种溶血磷脂。高粱幼苗叶片中含量最丰富的甘油脂是半乳糖脂(DGDG和MGDG)。DGDG随着胁迫时间的加长,其含量在不断地升高。而MGDG的含量随着胁迫时间的加长而降低。磷脂中,PG、PA的含量随着胁迫时间的延长而降低,而PC、PE、PI、PS的趋势与之相反。DGDG和MGDG分子种中C36所占的摩尔比例最高,证明高粱是18:3植物,其依靠真核途径合成半乳糖脂。4、通过对转录组和脂质组数据进行联合分析,并利用“0 h VS 72 h”对比组的转录组数据,对高粱幼苗叶片盐胁迫下膜脂代谢调控网络进行构建。盐胁迫下多个NPC和PLD基因上调表达,说明PLD-PA和NPC是形成DAG的主要途径。也是在盐胁迫下为叶绿体原核途径糖脂合成提供前体的主要途径。本研究利用高通量转录组技术,脂质组学检测技术以及生理指标综合分析,深入探究了高粱幼苗叶片盐响应模式,挖掘盐响应相关的差异基因,解析盐胁迫下幼苗叶片的生理响应机制,构建盐胁迫下膜脂代谢调控网络,为发掘盐胁迫相关的关键基因提供参考,为培育高粱新品种提供理论依据。
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