干旱胁迫下杨树的分子和生理解剖反应

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杨树(Populus spp.)是一种速生林木树种,广泛用于木材、纸浆和造纸,具有作为生物质能源的潜力。它们在防止水土流失和水土流失、调节气候、保持生态稳定方面发挥着非常重要的作用。它是一个种类繁多且分布广泛的属,并已广泛传播。其中许多生长在干旱和半干旱环境中的物种长期处于缺水状态。当植物受到干旱胁迫时,会在分子、生理和解剖学水平同时发生大量变化,这些变化能够增强植物在干旱期间的生存和生长能力。本研究中,我们使用了杂交杨Populus tremula×P.alba INRA no.717-1B4(以下简称717杨)作为模式树种,研究木本植物参与非生物胁迫特别是干旱胁迫耐受的分子、生理和解剖学基础,以更好地了解树木适应干旱胁迫的机制及其在胁迫期间保持生长和发育的能力,进而提高树木的抗旱性。此外,我们还挖掘了不同杨树树种在不同逆境处理(包括干旱)以及不同组织中相对稳定的参考基因(RGs)。主要结果如下:1.定量实时聚合酶链反应(q RT-PCR)分析显示,随着干旱胁迫的进行,717杨叶片中黄酮类生物合成基因Pt PAL、Pt4-CL、Pt CHS、Pt FLS-1、Pt F3H、Pt DFR和Pt ANS的表达量逐渐增加。此外,叶片抗氧化活性和能力也有所提高,与干旱胁迫下酚类、黄酮类、花青素和类胡萝卜素化合物的增加呈正相关。随着干旱胁迫时间的延长,叶片中过氧化氢(H2O2)和单线态氧(O2-)等活性氧的水平有所增加,叶中植物激素水杨酸(SA)的浓度也显著增加。2.利用不同杨树物种在不同发育和非生物胁迫条件下公共数据库的转录组数据,我们建立了一种从高通量测序数据中鉴定候选RG的方法。我们在不同杨属树种的转录组数据集中检索了新的和已报道的RG,根据基因表达的变异系数(CV)和倍数变化值(FC)选择了12个新的候选RG和6个已报道的RG。通过q RT-PCR确定在不同发育和非生物胁迫条件下候选RG的表达水平,并使用软件包和算法对这些基因的表达稳定性进行评估,包括ΔCt、ge Norm、Norm Finder和Bestkeeper。通过综合排序分析测试的18个候选RG中,前5个基因中有4个是新发现的候选RG,Potri.001G349400、Potri.005G110600、Potri.011G084400和Potri.008G111700是4个最稳定的RG。在不同的胁迫处理下,5个最稳定的RG中有4个是新的RG,包括Potri.001G349400、Potri.005G110600、Potri.011G084400和Potri.008G111700。在不同的树种中,5个最稳定的RG中有4个是新的RG,分别是Potri.001G349400、Potri.011G084400、Potri.005G110600和Potri.002G157500。3.干旱会导致森林周期性死亡,带来巨大的经济和环境成本。树木为了应对干旱,其叶柄柔韧性会增加,并发生叶子枯萎。因此,我们从解剖学和形态学上研究了叶柄在保护树木免受水分胁迫中的反应。研究结果表明木质部对环境因素特别是干旱胁迫非常敏感。第5片叶子(L5)叶柄在干旱胁迫条件下的生长受到严重影响,可能是由于在中度和重度干旱胁迫下,L5与L10、L15的叶柄相比,具有更脆弱的维管组织。由于此前干旱条件下的解剖学研究大多数在茎或叶的水平上进行,因此关于叶柄维管组织的研究对于了解干旱下的维管动力学非常重要。综上所述,类黄酮生物合成在植物抵御干旱胁迫中起重要作用。另外,干旱胁迫严重影响杨树叶柄的水分运输,正如在进行性干旱胁迫条件下维管组织功能遭受破坏所暗示的。最后,选择合适且稳定的内参基因对进行树木非生物胁迫和生长发育研究中的q RT-PCR结果均一化至关重要。
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