低溫處理對(duì)菜心花粉發(fā)育及相關(guān)基因表達(dá)的影響.pdf_第1頁(yè)
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1、植物的繁殖依賴于有活力的花粉,而花粉的敗育會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)?;ǚ蹟∮卸喾N原因,大體可分為遺傳和環(huán)境兩個(gè)方面。研究表明,在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,開花期對(duì)溫度的要求最為嚴(yán)格,而由于花粉比雌蕊對(duì)溫度更敏感,溫度脅迫常首先導(dǎo)致花粉敗育。近年,氣候變化異常導(dǎo)致春季溫度變化異常,“倒春寒”的現(xiàn)象愈演愈烈,這極大的影響了白菜等春季開花植物的花粉發(fā)育,阻礙了制種和繁種工作的正常開展。因此,弄清楚低溫脅迫對(duì)植物花粉發(fā)育的影響,對(duì)于從理論上理解植物響應(yīng)外界脅

2、迫的機(jī)理以及蔬菜等作物的育種和生產(chǎn)實(shí)踐都具有重要意義。
  本研究以菜心為材料,利用4℃低溫對(duì)開花期的花序分別進(jìn)行1d、3d、5d、7d的處理,通過(guò)對(duì)植株形態(tài)、結(jié)英情況、花粉發(fā)育過(guò)程等的觀察,旨在探明開花期低溫處理對(duì)花粉發(fā)育的影響,在此基礎(chǔ)上,利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析低溫處理前后花蕾基因的表達(dá)變化,探索菜心花粉響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制。取得了如下結(jié)果:
  (1)通過(guò)細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)四分體時(shí)期和單核花粉發(fā)育時(shí)期的花蕾對(duì)4℃低溫的反應(yīng)較

3、其他級(jí)別敏感,四分體時(shí)期又比單核花粉發(fā)育時(shí)期更為敏感。根據(jù)菜心花粉發(fā)育的特點(diǎn)將其分成五個(gè)時(shí)期:花粉母細(xì)胞時(shí)期、四分體時(shí)期、單核花粉發(fā)育時(shí)期、雙核花粉發(fā)育時(shí)期及三核花粉發(fā)育時(shí)期。隨后對(duì)處理過(guò)的各個(gè)發(fā)育時(shí)期的花藥進(jìn)行半薄切片和透射電鏡的觀察,運(yùn)用苯胺藍(lán)對(duì)處于四分體時(shí)期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色,利用FDA檢測(cè)成熟花粉的生活力,以及進(jìn)行測(cè)交授粉、統(tǒng)計(jì)結(jié)英率。發(fā)現(xiàn)低溫處理3d后四分體時(shí)期和單核花粉發(fā)育時(shí)期的花蕾即受影響,并隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而加重。其

4、中四分體時(shí)期又比單核花粉發(fā)育時(shí)期更為敏感。在后期正常溫度生長(zhǎng)中難以恢復(fù)正常花粉發(fā)育過(guò)程。
  (2)透射電鏡觀察及苯胺藍(lán)染色實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在4℃低溫處理后,四分體時(shí)期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常,最終導(dǎo)致花粉敗育。通過(guò)透射電鏡觀察低溫處理后的花藥發(fā)育情況,發(fā)現(xiàn)四分體時(shí)期的花蕾經(jīng)過(guò)低溫處理后導(dǎo)致花粉壁發(fā)育不正常。對(duì)四分體時(shí)期的花粉進(jìn)行胼胝質(zhì)染色觀察發(fā)現(xiàn),低溫處理后胼胝質(zhì)提前降解。半薄及超薄切片觀察發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比,低

5、溫處理后絨氈層不能正常降解。由此可知,四分體時(shí)期對(duì)低溫處理影響最為敏感,該時(shí)期胼胝質(zhì)提前降解及絨氈層不能正常降解導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常,最終導(dǎo)致花粉敗育。
  (3)通過(guò)對(duì)表型明顯的處理進(jìn)行轉(zhuǎn)綠組測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)1527個(gè)在低溫處理前后差異表達(dá)的基因,同時(shí),還發(fā)現(xiàn)了1098個(gè)白菜參考基因組中未注釋的新基因,以及824個(gè)長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA),其中81個(gè)lncRNA在低溫處理前后具有差異表達(dá)。取4℃低溫處理對(duì)菜心花粉發(fā)育影響最嚴(yán)

6、重的7d中最敏感的四分體時(shí)期的花蕾進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。發(fā)現(xiàn)1527個(gè)基因在處理組中與對(duì)照中差異表達(dá)。在這些差異表達(dá)基因中,找到了兩個(gè)在植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期響應(yīng)低溫脅迫重要調(diào)控途徑(CBF調(diào)控途徑)中的關(guān)鍵基因:RD29A/COR78/LTI78和JAZ1。還發(fā)掘了白菜參考基因組中未注釋的1098個(gè)新基因。此外,鑒定得到824個(gè)lncRNA,其中81個(gè)在低溫處理前后具有差異表達(dá)。對(duì)這些差異表達(dá)的lncRNA進(jìn)行靶基因分析,找到了8個(gè)在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期

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