【摘 要】
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随着全球土地盐碱化的增加,农作物的种植将面临巨大的挑战。灰绿碱蓬作为一种典型的盐生植物,其耐盐性良好,在食用、医用和环境改良方面均有重要的价值。本文通过对灰绿碱蓬在盐胁迫的条件下形态变化及生理水平的检测,选取合适的盐处理浓度和时间,通过转录组测序,挖掘灰绿碱蓬耐盐机制的相关基因。本实验选取了300 mmol/L的盐浓度对灰绿碱蓬进行胁迫处理,设置处理时间为0、4、8、12、24、48h六组实验材料
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随着全球土地盐碱化的增加,农作物的种植将面临巨大的挑战。灰绿碱蓬作为一种典型的盐生植物,其耐盐性良好,在食用、医用和环境改良方面均有重要的价值。本文通过对灰绿碱蓬在盐胁迫的条件下形态变化及生理水平的检测,选取合适的盐处理浓度和时间,通过转录组测序,挖掘灰绿碱蓬耐盐机制的相关基因。本实验选取了300 mmol/L的盐浓度对灰绿碱蓬进行胁迫处理,设置处理时间为0、4、8、12、24、48h六组实验材料,观察盐处理过程中灰绿碱蓬的植株形态。使用石蜡切片技术观察叶片细胞结构,用扫描电镜观察叶片表面的变化,观察结果为:在盐胁迫后2h时植株倒伏萎蔫,4h时开始适应盐分环境有直立趋势,8h时已完全直立。石蜡切片观察发现,盐处理后的叶片薄壁组织细胞较对照组变大。扫描电镜观察发现盐处理后叶表面的气孔开度和开放气孔所占比例都明显下降。测定灰绿碱蓬脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖的含量,发现脯氨酸和可溶性蛋白的含量均在盐处理24h之前随盐处理时间的增加逐步增加,在24h达到最大值,可溶性糖在12h达到最大值。测定灰绿碱蓬叶片的Na+/K+比发现,数值随盐处理时间增加不断增加,在24h达到最高,48h呈现下降趋势。在灰绿碱蓬光合作用过程中,叶绿素含量随盐处理时间的增加不断的减少,盐处理组叶片的气孔导度、蒸腾速率和净光合速率均低于对照组,细胞间CO2浓度高于对照组。抗氧化系统中Malondialdehyde(MDA)的含量随盐处理时间增加不断增加,在24h达到最高值;Peroxidase(POD酶)和Catalase(CAT酶)的活性均随着盐处理时间增加而增强,其中CAT酶的活性在24h达到最高值,POD酶的活性在12h达到最高值后趋于稳定;另外Superoxide Dismutase(SOD酶)的活性与盐处理时间的关系并不明确。通过转录组测序,共得到303003564条读序。通过对基因功能进行注释,其中Gene ontology(GO)富集到生物学过程、细胞成分、分子功能三个大类,总共注释到72871个基因。其中注释到细胞代谢过程、细胞调控过程、细胞组分和结合功能等过程的基因数目最为显著。通过Eukaryotic orthologous groups of proteins(KOG)把unigene分为25个group,共注释到34323个unigene,其中归类到翻译过程、核糖体结构和生物发生所占的比例最多,有4641个基因,占13.5%。将基因根据参与的Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)代谢通路分为5个分支:细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、代谢、有机系统。其中代谢过程所占总unigene比例最多,富集到23188个基因,占总数的61.1%。在代谢过程中糖类代谢富集到3483个unigene,占15%,包含淀粉和蔗糖代谢、糖异生,另外核糖体和核糖体的生物合成中富集到的unigene也相对较多。根据padj1进行差异基因表达筛选,总共得到了4959个差异表达基因,其中上调基因2144个,下调基因2815个。对差异基因进行分析,细胞组分和代谢过程占主要地位,其中包括氨基酸的生物合成、催化活性等过程。盐处理对灰绿碱蓬的光合作用影响较大,其中光系统Ⅰ和Ⅱ中的相关蛋白合成下降,叶绿素合成和光捕获蛋白的合成下降。通过本地Blast将灰绿碱蓬的unigene和拟南芥全蛋白序列进行比对,找出灰绿碱蓬耐盐机制中一些关键基因,包括茎叶肉质化编码基因Profilin基因和水孔通道蛋白AQPs基因均表现为上调,离子区域化作用中液泡膜钠氢逆向转运蛋白和H[+]-ATPase基因均表现为上调,渗透调节过程中除了脯氨酸和甜菜碱等有机小分子物质合成积累之外,钾离子通道KAT基因和高亲和力K+转运体基因的上调,吸收K+等一些无机离子的能力增强也在渗透调节作用中起了重要作用,在抗氧化系统中,清除氧自由基的过氧化氢酶和谷胱甘肽转移酶GST基因的上调促进了抗氧化系统中相关酶的合成和积累,以上对于灰绿碱蓬应对盐胁迫均有着至关重要的作用。最后通过本地Blast将灰绿碱蓬的unigene与拟南芥常用的内参基因比对,选出了肌动蛋白基因(Cluster-7801.53944)作为内参基因,将随机挑选的差异表达基因进行q RT-PCR验证,经分析,所得结果与测序结果吻合。
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