红树植物秋茄和白骨壤响应水淹低氧的转录组水平基因表达分析

论文摘要

洪涝灾害是自然灾害中最常见的一种,每年因无法忍受洪涝灾害而减产的农作物越来越多。本研究材料红树植物是生长在海岸潮间带地区的乔木或灌木。长期适应潮汐淹水环境,红树植物进化出许多特征,比如发达的地上根系部分、通气组织发达和特殊的繁殖策略--胎生。关于红树植物耐水淹的生理响应机制已经被广泛的研究,但是红树植物耐水淹的分子机制还未见报道。本研究通过对2种红树物种秋茄和白骨壤水淹处理和恢复过程叶片转录组数据分析,探究红树植物适应滨海湿地潮汐淹水环境的分子机制。根据分析结果,现得出以下几点结论:（1）通过对差异表达基因分类（GO）和代谢通路（KEGG）注释,秋茄和白骨壤的差异表达上调基因主要和能量合成通路相关,下调差异表达基因和遗传信息处理过程相关。（2）对秋茄和白骨壤参与能量代谢过程相关基因的表达量进行分析,在水淹低氧环境下,能量是限制植物存活最主要的因素。通过分析无氧发酵过程和海藻糖代谢过程发现,在无氧发酵过程中,秋茄和白骨壤在水淹条件下,无氧发酵活动增强,海藻糖合成增多。在退水恢复过程,红树植物无氧发酵活动减弱,海藻糖合成降低。（3）对秋茄和白骨壤参与植物激素过程相关基因的表达量进行分析,在水淹环境下,植物体内激素快速响应。通过分析乙烯、脱落酸和茉莉酸的合成和信号转导过程发现,在水淹过程中,乙烯信号转导过程的基因显著上调,包括抑制因子ETR、CTR、EBF和乙烯正调控因子ERF、EIL,推测乙烯合成可能上升;在恢复过程中,这些基因的表达量相反。在脱落酸合成过程中,编码NCED限速酶的基因表达量下调,同时脱落酸分解代谢因子ABA80x（abscisic acid 8’-hydroxylase）表达量上调,脱落酸下游接受体 PYL（pyrabactin resistance like）表达量上调,抑制因子PP2C（2Cprotein phosphatase）表达量下调。所以脱落酸在水淹时含量降低;在退水恢复时,脱落酸分解代谢因子ABA8ox表达量下调,脱落酸下游基因表达量和水淹时类似,所以脱落酸含量在退水恢复时可能升高。在水淹时,茉莉酸合成基因PLA、KAT表达量上调,茉莉酸分解代谢基因JMT表达量下调,所以茉莉酸含量在水淹时上升;在恢复过程中,茉莉酸合成基因KAT表达量下降,所以茉莉酸含量在退水恢复时可能下降。（4）通过对红树4种不同物种的ERF-VII基因分析,它们的基因数目大小为杯萼海桑>白骨壤>正红树>秋茄。在4种红树植物中没有发现拟南芥AtHRE1的相似基因。同时,可以把这些基因分成3组,分别是RAP2.2/RAP2.12、RAP2.3和HRE2。通过对白骨壤RAP2.3—2进行功能验证,将该基因转入到拟南芥中,发现在水淹条件下转基因植株生物量降低比较少。本论文通过对秋茄和白骨壤2个物种的转录组数据分析,揭示红树植物适应滨海水淹环境的基因表达变化规律及其可能的分子机制。在水淹条件下,能量不足问题是影响红树植株存活的关键因子之一。在白骨壤和秋茄中发现,通过增加能量合成通路（比如糖酵解过程、蔗糖降解途径改变）,遗传信息处理过程降低（比如DNA复制、转录、翻译）,从而提高能量合成效率。通过对植物激素的研究发现,红树植物不同于其他模式植物的激素调节机制。乙烯在合成通路表现为降低,但是在响应过程中,发现参与响应过程的基因显著上调;脱落酸在水淹时表现为上升,在退水恢复时下调。这些结果为了解红树植物环境适应性机制提供理论基础。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周丽春

导师: 李庆顺

关键词: 红树植物,秋茄,白骨壤,转录组分析,适应,水淹低氧,退水恢复

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 厦门大学

分类号: Q945.78

总页数: 89

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