论文部分内容阅读
亚美马褂木(Liriodendron sino-americanum)具有树体高大、叶形奇特、花色艳丽、速生丰产、出材率高、抗逆性强等优点,使其不仅在许多城市的园林绿化上被积极推广,近年来还在丘陵山地用材林培育中受到重视。其相较双亲(中国马褂木和北美鹅掌楸)具有明显的高生长优势,与中国马褂木相比,高生长优势尤为明显。高生长作为林木重要的生物学性状之一,控制高生长能使人们在林木培育或园艺中取得明显的经济和环境效益。因此,研究亚美马褂木和中国马褂木的高生长差异成因具有理论和现实意义。本研究以亚美马褂木和中国马褂木树干顶芽为材料,基于高通量测序技术,从分子层面初步探究了两者在高生长上的差异形成机制。主要研究结论如下:(1)基于微卫星标记对参试的亚美(18个样本)及中国马褂木(18个样本)进行分型,发现亚美马褂木遗传多样性(基因杂合度)显著高于中国马褂木,亚美马褂木样本在多个位点上普遍呈现杂合子特征,而中国马褂木对应位点则以纯合子为主。系统聚类可将亚美和中国马褂木明确分为两组,初步表明所选样本在组间具有明显遗传差异。(2)对亚美及中国马褂木三个发育时期(休眠、萌动、速生)共计18个样本进行转录组测序及分析,共获得130.84G clean data,采取混合组装的策略进行de novo组装,共得到39053条Unigene,其长度在201～15915bp之间,N50为1643 bp。在六大数据库(NR、egg NOG、GO、Pfam、Swiss-Prot、KEGG)中分别有24203(61.97%)、23359(59.81%)、21006(53.79%)、18844(48.25%)、17446(44.67%)、11842(30.32%)条Unigene获得注释。(3)顶芽在种间及种内不同时期均有大量基因差异表达。种间同一时期比较,发现休眠期种间差异表达Unigene(LH1＿vs＿LC1)共有3248条(1537条上调,1711条下调),萌动期(LH2＿vs＿LC2)有4033条(2245条上调,1788条下调),速生期(LH3＿vs＿LC3)有3061条(1419条上调,1642条下调),萌动期种间差异表达基因数最多;种内三个时期比较,亚美马褂木差异表达基因(LH1＿vs＿LH2＿vs＿LH3)共有14127条,中国马褂木(LC1＿vs＿LC2＿vs＿LC3)共有16705条。(4)种间同一时期差异表达基因GO富集分析发现,细胞外区域、转录因子活性,序列特异性DNA结合、细胞壁、次生代谢物生物合成过程、植物细胞壁等涉及细胞的形态发生和细胞壁合成有关功能的途径被显著富集。差异表达基因KEGG富集分析发现,植物激素信号转导和淀粉与蔗糖代谢途径被显著富集。这与预期一致,植物激素信号转导途径可通过调控植物激素的表达来控制细胞生长,而淀粉与蔗糖代谢途径则为细胞的活动提供能量。(5)种间不同时期共有差异基因的表达模式分析将基因分为7类,其中第三、四、六类基因数较多,主要在萌动期、速生期上调表达,GO富集分析显示,三、四类基因(速生期上调)主要与细胞壁形成、光合反应等有关;五、六类基因(萌动期上调)主要与遗传物质准备、激素信号转导等有关,表明萌动期主要为速生期细胞分裂准备遗传物质,其中激素信号转导相关基因介导的速生期细胞分裂差异可能是造成亚美和中国马褂木高生长差异的原因之一。(6)基于植物内源激素调控基因在高生长中发挥重要作用,对植物激素信号转导相关基因表达谱分析,发现植物激素信号传导途径中调控细胞增大和分裂的相关基因(IAA16、GH3.1、CYCD4-1等)表达量在速生期或萌动期种间存在显著差异,说明这些基因可能是在植物激素信号传导途径中引起亚美和中国马褂木高生长差异的重要基因。(7)5种内源激素的含量除萌动期的BR和速生期的ABA外,亚美马褂木均高于中国马褂木;内源激素比值(促进生长类激素/抑制生长类激素)在休眠期和萌动期均为中国马褂木高于亚美马褂木,而在速生期则是亚美马褂木高于中国马褂木。对IAA、ZR、BR以及ABA合成途径中关键酶基因的表达量进行分析,发现YUC9、CYP90D2、NCED1等基因在不同时期表达量的变化可能与其对应激素含量变化有明显关联,表明其在调控马褂木顶芽生长发育过程的激素合成中有着重要作用。