花花柴花器官激素合成与高温胁迫响应的生物学功能分析

论文摘要

花花柴（Karelinia caspica）是典型的多年生草本植物,属菊科花花柴属,于每年的7-8月份完成开花授粉,是一种具有较高研究价值的广谱抗逆性植物。本研究为阐明花花柴花器官激素合成与其耐高温之间的关系,通过测定分析不同环境、不同温度及外施不同浓度IAA、GA后花花柴花器官的形态特征;测定了不同环境条件下花花柴开花当天花器官IAA和ABA的含量及在外施不同浓度IAA、GA后其内源SA、JA和ABA的含量;并利用qRT-PCR分析了10个高温胁迫下花花柴不同激素相关耐高温基因的表达模式,及IAA和ABA合成相关基因在不同环境下花花柴花器官开花前第5天和开花当天的表达模式,并在此基础上对生长素激素合成相关差异基因KcbHLH71进行生物信息学分析、克隆、表达模式分析及其过表达载体的构建,从而得出以下结论:1.激素可能参与花花柴响应高温胁迫的相关调控。测定了人工绿地常温（2730℃）、沙漠常温（3033℃）、人工绿地高温（3840℃）、沙漠高温（40℃以上）这4种条件下花花柴花器官的直径、雄蕊及雌蕊长度和花粉活性,发现花器官大小、雌蕊及雄蕊长度和花粉活性随温度升高均呈不同程度下降趋势,雄蕊较雌蕊更易受高温的影响,人工绿地常温比沙漠常温、人工绿地高温的雄蕊长度长1倍,而比沙漠高温的雄蕊长度长1.1倍。高温对花花柴花器官的大小、雄蕊的生长均有抑制作用,但对于雌蕊的生长具有促进作用,常温人工绿地与常温沙漠、人工绿地高温及沙漠高温花花柴花器官开花开花前第5天到开花后第3天雌蕊相比,分别长1.1倍,短17%及25%。外施不同浓度激素的实验结果表明,分别在外施0.1M的IAA和60M的GA3时,花花柴花器官发育均有显著的促进作用。推测一定的高温（4045℃）有利于花花柴花器官雌蕊的发育,使得柱头外露,可能与异花授粉有关;另外高温条件下维持较高水平的生长素类激素有利于增强花花柴对高温的耐受性。2.利用LC-MS测定花器官内源激素IAA和ABA含量显示,人工绿地常温条件下花花柴开花0天花器官中生长素的含量,比人工绿地高温条件下花花柴开花0天花器官中生长素的含量低20%,而比沙漠高温条件下花花柴开花0天花器官中生长素的含量高4倍。人工绿地常温下条件下花花柴开花0天花器官中脱落酸的含量,比人工绿地常温条件下花花柴开花0天花官中脱落酸的含量低3%,而比沙漠高温花花柴开花0天花器官中脱落酸的含量低54%。为深入研究激素之间是如何在逆境环境中发挥作用,本研究利用LC-MS测定外施IAA、GA浓度后花器官内激素SA、JA和ABA含量发现:（1）人工绿地条件下,花器官ABA、JA含量随外施上述几种激素浓度升高呈先升后降的变化趋势,但总体变化不大;外施IAA和GA后花器官内SA含量均随喷施浓度的增加呈下降趋势;（2）沙漠条件下,花器官内ABA含量随外施上述几种激素浓度升高呈上升趋势,外施IAA和GA后花器官内JA含量随浓度升高呈先降后升趋势,外施上述几种激素后花器官内SA含量均随喷施浓度增加而降低。3.花柴高温胁迫下转录组分析,发现高温处理后的花花柴叶器官中注释到激素信号路径中的差异表达基因359个。同时,通过qRT-PCR技术分析了10个高温胁迫下花花柴不同激素合成的相关基因的表达模式,还分析了不同温度下IAA和ABA合成相关的6个基因在花花柴花器官开花前第5天和开花当天的表达模式。结果表明,本研究所选的激素合成相关12个基因均与花花柴响应高温胁迫有关。但其功能仍需进一步验证,才能为更深入的研究提供理论支持。4.据高温胁迫下花花柴转录组测序分析结果,发现生长激素合成相关基因bHLH与对照相比上调了10倍。通过PCR克隆获得该基因碱基序列,命名为KcbHLH71,并利用qRT-PCR对高温胁迫下该基因的表达模式进行分析。表达分析结果显示,高温胁迫下,花花柴KcbHLH71基因2h的表达量受到最大抑制,之后逐渐上升,当12h时达到高峰,是对照的2.1倍;高温处理1224h再次出现下降,但仍高于对照。以上研究结果表明,高温可以显著诱导KcbHLH71基因的表达,推测该基因可能参与花花柴响应高温胁迫的正调控。用无缝克隆技术构建了KcbHLH71基因的过量表达载体OE35S-KcbHLH71,为进一步验证KcbHLH71基因的功能奠定了基础。综上所述:本研究发现激素在花花柴响应高温胁迫的相关调控中扮演了重要角色。同时获得了大量的可能与耐高温相关的差异表达基因,为揭示花花柴的耐高温分子机制提供基础数据。并构建生长激素合成相关基因KcbHLH71的超表达载体,为进一步验证该基因在高温胁迫响应过程中的功能奠定基础。

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摘要

Abstract

第1章概述

1.1 植物耐热的研究进展

1.1.1 高温对植株各器官的影响

1.1.2 高温对植物生理水平影响的研究进展

1.1.3 高温对植物分子水平影响的研究进展

1.2 高温对植物激素影响的研究进展

1.2.1 高温对植物生长素的影响

1.2.2 高温对植物赤霉素的影响

1.2.3 高温对植物脱落酸的影响

1.2.4 高温对植物水杨酸的影响

1.2.5 高温对植物茉莉酸的影响

1.3 转录组测序在植物抗逆性研究中的应用

1.4 花花柴抗逆性研究进展

1.5 研究目的与意义

第2章温度及激素对植物花花柴花器官发育的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方法

2.2 结果与分析

2.2.1 温度对花花柴花器官发育的影响

2.2.2 温度对花花柴花粉粒活性的影响

2.2.3 外施不同浓度IAA、GA3对花花柴花器官发育的影响

2.3 讨论

2.3.1 温度对花花柴花器官发育的影响

2.3.2 温度对花花柴花粉粒活性的影响

2.3.3 外施不同浓度IAA、GA3对花花柴花器官发育的影响

第3章温度对花花柴花器官内激素积累的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 结果与分析

3.2.1 温度对花花柴内植物激素的影响

3.2.2 外施不同浓度IAA、GA对花花柴花器官中植物激素积累的影响

3.3 讨论

3.3.1 温度对花花柴花器官内IAA和ABA含量的影响

3.3.2 外施不同浓度IAA、GA对花花柴花器官中植物激素积累的影响

第4章花花柴内激素相关基因表达对高温胁迫的响应

4.1 材料与方法

4.1.1 实验材料及高温胁迫处理

4.1.2 实验方法

4.2 结果与分析

4.2.1 高温处理后激素合成差异表达基因统计

4.2.2 高温处理后花花柴叶片激素代谢途径相关差异表达基因

4.2.3 实时定量PCR验证激素代谢相关基因的差异表达

4.2.4 温度对花花柴花器官内IAA和ABA相关基因表达量的影响

4.3 讨论

第5章花花柴KcbHLH71基因克隆及表达分析与其过量表达载体的构建

5.1 材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 KcbHLH71基因的克隆及测序

5.1.3 KcbHLH71基因的生物信息学分析

5.1.4 KcbHLH71基因的表达分析

5.1.5 KcbHLH71基因的过量表达载体的构建

5.2 结果与分析

5.2.1 KcbHLH71基因克隆及测序

5.2.2 KcbHLH71基因及其编码的蛋白质序列预测分析

5.2.3 KcbHLH71理化性质及结构预测分析

5.2.4 KcbHLH71的高级结构预测分析

5.2.5 KcbHLH71的表达分析

5.2.6 KcbHLH71的过量表达载体构建

5.3 讨论

第6章结论与展望

6.1 主要研究结论

6.1.1 温度及激素对沙漠植物花花柴花器官发育的影响

6.1.2 高温对花花柴花器官内激素积累的影响

6.1.3 花花柴内激素相关基因表达对高温胁迫的响应

6.1.4 花花柴KcbHLH71基因克隆及表达分析与过量表达载体的构建

6.2 展望

附录

参考文献

致谢

个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李丽

导师: 王彦芹

关键词: 花花柴,高温胁迫,植物激素,转录因子,基因克隆

来源: 塔里木大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 塔里木大学

基金: 国家自然科学基金项目“沙漠植物花花柴花器官耐高温的生物学功能”的部分研究成果(项目编号:31660085)课题主持人:王彦芹教授

分类号: Q945.78

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