论文摘要
筛选对重金属具有耐受或者富集能力的植物类群对于矿区的生态恢复具有重要的指导意义。蓼科山蓼属植物中华山蓼常见于铜锌矿区,被认为是铜矿的指示植物,表明该物种能在一定程度上抵御重金属的胁迫。此外,中华山蓼具有较强的克隆生长能力,同时具有较强的抗旱能力,因此该物种能在恶劣的环境中通过根的克隆生长迅速占领生境,是一种较好的可用于生态恢复的植物。然而,中华山蓼对重金属胁迫的反应仍然不清楚,是通过富集重金属离子还是通过耐受重金属胁迫适应铜锌矿区的环境需要进一步阐明。本研究利用不同浓度（0、50、150、300、500mg/L）的Cu2+并结合不同处理时间,通过土培试验研究了采自矿区（东川）和非矿区（丽江）的中华山蓼（Oxyria sinensis）对重金属Cu胁迫的生理响应;并对代表性处理的中华山蓼进行了转录组测序以检测参与重金属胁迫过程相关基因的表达。主要结果如下:（1）叶片的超氧化物歧化酶（SOD）含量显著高于根,处理一个月后植株的过氧化物酶（POD）含量显著高于处理两个月后的植株,根和茎的过氧化物酶（POD）含量显著高于叶,茎的抗坏血酸过氧化物酶（APX）显著低于根和叶,但过氧化氢酶（CAT）在不同性别、处理时间、材料来源地、Cu2+含量和植株部位处理条件下不存在显著性差异。（2）根和茎的可溶性蛋白含量均显著高于叶,但丙二醛（MDA）含量均不存在显著性差异。此外,处理一个月后植株的游离脯氨酸、叶绿素、Cu2+含量均显著高于处理两个月后的植株,而来自东川植株的叶绿素含量显著高于来自丽江的植株,经过Cu2+胁迫的植株体内的Cu2+含量显著高于对照组。（3）转录组测序共获得43.55Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到6.76Gb,转录本数据170952个,总长度248903417nt,平均长度1455.984nt,N50为2026nt,最终得到的基因60095个,总长度66843173nt,平均长度1112.291nt,N50为1755nt。将所有Unigene通过Blast软件与各个数据库（COG、GO、KEGG、KOG、Swiss-port、eggNOG和Nr）逐一进行比对,有38860个Unigene在上述数据库中得到注释,其中COG、GO、KEGG、KOG、Pfam、Swiss-port、eggNOG和Nr数据库中获得注释的Unigene数量分别为:11413（29.3%）、20394（52.5%）、14677（37.8%）、24225（62.3%）、23626（60.8%）、36764（94.6%）、34306（88.3%）。（4）与采自丽江但在室内种植一段时间的对照植株相比,处理一个月(150mg/L的Cu2+浓度)后的植株中检测到3610个差异表达基因,其中3174个基因表达量上调,436个基因表达量下调,注释结果表明这些基因主要在核糖体、氧化磷酸化、内质网蛋白质加工和RNA转运途径中富集;而处理（150mg/L）两个月后的植株中检测到2178个差异表达基因,其中1284个基因表达量上调,894个基因表达量下调,注释结果表明这些差异表达基因主要在苯丙烷类生物合成、角质、生物碱和蜡生物合成、α-亚麻酸代谢、淀粉和蔗糖代谢和植物激素单一信号转导途径中富集。与采自丽江的新鲜对照植株相比,处理一个月后(150mg/L的Cu2+浓度)的植株中检测到3972个差异表达基因,其中3442个基因表达量上调,530个基因表达量下调,注释结果表明这些差异基因主要富集在核糖体和氧化磷酸化途径中;而处理（150mg/L）两个月后的植株中共检测到2823个差异表达基因,其中1744个基因表达量上调,1079个基因表达量下调,注释结果表明这些差异基因主要富集在光合作用天线蛋白、α-亚麻酸代谢、苯丙醇生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢和光合作用途径中。（5）进一步分析发现,与Cu2+转运和应对Cu2+胁迫相关重要基因中,氧化酶基因表达下调,金属硫蛋白基因、铁锌调控蛋白ZIP和ATP结合盒式蛋白ABC家族的基因表达上调,小分子热激蛋白也参与了中华山蓼响应重金属Cu胁迫的调控过程,但不同基因的表达量没有统一的变化趋势。本研究的结果发现,在Cu2+处理后中华山蓼植株均未表现出明显受伤害的症状,说明该物种对Cu2+胁迫具有较强的耐受能力,且来自东川矿区的植株耐受能力强于来自丽江非矿区的植株,其中抗氧化系统中的SOD和POD在耐受Cu2+胁迫中具有非常重要的作用,表明生长在矿区的中华山蓼已经存在特殊的基因型以适应矿区的土壤环境。转录组分析结果发现中华山蓼应对短期Cu2+胁迫的抗逆性可能与核糖体和氧化磷酸化途径这两个通路有关;而中华山蓼应对较长时间Cu2+胁迫的抗逆性可能与苯丙醇生物合成和α-亚麻酸代谢途径这两个通路有关。抗氧化系统基因,类黄酮生物合成、脂肪酸伸长、苯丙烷类生物合成等基因表达量上调,在一定程度上证明了中华山蓼对重金属Cu具有较好的抗逆性。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 李涛
导师: 孟丽华
关键词: 铜胁迫,中华山蓼,抗氧化系统,生理指标,高通量测序,转录组
来源: 云南师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 生物学,环境科学与资源利用
单位: 云南师范大学
分类号: X503.23;Q945.78
总页数: 85
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