楸樹優(yōu)良無性系2-8苗期生理變化與基因表達對干旱脅迫的響應(yīng).pdf

1、楸樹（Catalpa bungei)是我國特有珍貴用材樹種，分布范圍廣，材質(zhì)優(yōu)良，已有2600多年的栽培歷史，目前主要作為高檔家具和細木工板材等原材料。然而，目前推廣的主栽品種抗旱性較差，在相對干旱的條件下表現(xiàn)不佳。因此，為了提高在相對干旱條件下楸樹的生長量，開展種內(nèi)耐旱和高水分利用效率新品種選育成為重要的研究方向。
　　 了解楸樹對干旱脅迫的生理和分子響應(yīng)機理，挖掘關(guān)鍵基因，是開展高效育種的基礎(chǔ)。本研究以楸樹優(yōu)良耐旱無性系為試

2、材，利用高通量測序技術(shù)建立轉(zhuǎn)錄本集合，通過干旱處理和基因芯片技術(shù)挖掘脅迫響應(yīng)關(guān)鍵基因，并結(jié)合生理變化，對響應(yīng)機理進行闡述。主要結(jié)果如下:
　　 (1)在自然干旱脅迫過程中，當土壤重量含水量下降到23％時，苗高、地徑和葉片生長基本停止，成熟葉片的葉面積為正常條件下的53％(93.5 cm2)，凈光合速率（Pn）和光合性能指數(shù)(PI)顯著下降;當土壤含水量下降到15％時，Pn接近于0，葉片和根系游離脯氨酸、可溶性糖、脫落酸含量在脅迫

3、下均顯著升高，茉莉酸含量則輕微升高，可溶性蛋白含量先升高后降低，葉片和根系的SOD、POD活性、以及葉片POD活性均呈現(xiàn)為先下降，后期呈顯著升高的趨勢。
　　 (2)采集正常和干旱脅迫條件下3個楸樹基因型的葉片、根、莖等組織進行混合轉(zhuǎn)錄組測序（454焦磷酸測序），共獲得77，337個Unigene，在Nr數(shù)據(jù)庫中比對，共有33，672個Unigene具有同源序列，其中有19，110個獲得GO功能注釋。通過KEGG代謝通路富集，共

4、參與了包括碳水化合物、氨基酸、脂肪酸代謝(Carbohydrate，Amino acid，F(xiàn)atty acidmetabolism)、光合作用(Photosynthesis)等在內(nèi)的250個代謝通路。發(fā)掘了包括雙堿基重復（Di-）至六堿基重復(Hexa-)，以及混合型在內(nèi)的2，782個SSR和79，528個SNP。
　　 (3)依據(jù)轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果，設(shè)計了表達譜芯片，并依據(jù)干旱脅迫下生長和生理變化趨勢，選擇了5個土壤含水量梯度對葉

5、片和根系進行差異基因表達分析。與對照相比，4種脅迫下葉片中差異表達基因共有16，137個，根系中共有14，913個，葉片中有2，233個基因是在4種脅迫下共差異表達的，其中有630個隨脅迫加重表達量呈不斷升高或降低的趨勢（持續(xù)差異基因）。根系中有1，006個基因是在4種脅迫下共差異表達的，其中有203個隨脅迫加重表達量呈不斷升高或降低的趨勢（持續(xù)差異基因）。對葉片和根系中的持續(xù)差異基因進行GO和KOG注釋表明，主要涉及到信號轉(zhuǎn)導途徑、轉(zhuǎn)

6、錄、離子跨膜轉(zhuǎn)運、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成、抗氧化酶和激素合成等方面。
　　 (4)通過功能分析，發(fā)掘到與干旱脅迫響應(yīng)相關(guān)的基因，主要包括4個方面:
　　 信號轉(zhuǎn)導相關(guān)基因:絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Serine/Threonine-protein kinase)、富含亮氨酸重復序列(leucine-rich repeat，LRR)類受體蛋白激酶、MYB、MYC、bZIP、NAC;
　　 抗氧化酶基因:原葉綠素酸酯氧化還原

7、酶(NADPH: protochlorophyllideoxidoreductase)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、錳超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，Mn-SOD）、環(huán)阿喬醇-C-24位甲基轉(zhuǎn)移酶（S-adenosyl-L-methionine: delta24-sterol-C-methyltransferase）、typeⅡ過氧化物酶

8、(typeⅡperoxiredoxin，POD)、丁酸-輔酶A連接酶(butyrate--CoA ligase AAE11);
　　 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成相關(guān)基因:蔗糖合成酶(Sucrose synthase)、蔗糖磷酸合酶(Sucrosephosphate synthase)、棉籽糖合成酶(Raffinose synthase)、水蘇糖合成酶(Stachyosesynthase)、△-吡咯啉-5-羧基合成酶(△1-pyrrolin

9、e-5-carboxylate synthase)、鳥氨酸-△-氨基轉(zhuǎn)移酶(Omithine-delta-aminotransferase)、△-吡咯啉-5-羧基還原酶(Pyrroline-5-carboxylate reductase)、谷氨酸脫氫酶（Glutamate dehydrogenase）、乙醛脫氫酶(Aldehyde dehydrogenase)、膽堿單加氧酶(Choline monooxygenase)、水孔蛋白(Aqu