東亞砂蘚組織培養(yǎng)及脫水脅迫下生理響應(yīng)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究.pdf

1、東亞砂蘚（Racomitrium japonicum）能生長(zhǎng)于裸露巖石、巖石薄土或石壁上，生命力極強(qiáng)，為典型的旱生蘚類，植物體內(nèi)必然存在著一系列應(yīng)答逆境脅迫的高效、主效功能基因。同時(shí)，東亞砂蘚發(fā)育模式簡(jiǎn)單，單倍體的配子體占生活史的主導(dǎo)地位，作為試驗(yàn)材料在分子水平上研究其耐旱性具有其他高等植物所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，是研究蘚類植物耐旱特征的理想材料，在耐旱機(jī)理方面的研究具有重要意義。
　　本研究通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)成功建立了東亞砂蘚配子體的再生體

2、系，為后續(xù)試驗(yàn)提供了純凈、均一化的材料。為探索東亞砂蘚的耐旱機(jī)理，本研究采用生理學(xué)和分子生物學(xué)中轉(zhuǎn)錄組學(xué)(RNA-Seq)的試驗(yàn)方法，以東亞砂蘚組培苗為試驗(yàn)材料，對(duì)東亞砂蘚抗脫水脅迫的應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下：
　　(1)東亞砂蘚最佳消毒方法為:將其在流水下沖洗2～3 h，再用濃度為0.02％的升汞消毒45～60 s，無(wú)菌水沖洗7～8遍。
　　(2) MS1培養(yǎng)基是原絲體初期生長(zhǎng)的最適培養(yǎng)基。培養(yǎng)基中不同激素及其不同

3、濃度對(duì)原絲體的擴(kuò)繁生長(zhǎng)有一定影響。6-BA濃度為1.5 mg/L時(shí)原絲體分化出芽體;2，4-D促使原絲體進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生殖，不分化芽體，當(dāng)濃度為1.0 mg/L時(shí)原絲體團(tuán)直徑最大，擴(kuò)繁情況最好，可作為原絲體擴(kuò)繁培養(yǎng)基。而不添加任何激素和蔗糖的改良Beneck培養(yǎng)基在短時(shí)間內(nèi)就能誘導(dǎo)出較長(zhǎng)較粗壯的配子體，是誘導(dǎo)原絲體產(chǎn)生配子體的最佳培養(yǎng)基。
　　(3)研究發(fā)現(xiàn)，在脫水脅迫下，丙二醛和電解質(zhì)外滲率整體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，這說(shuō)明東亞砂蘚膜結(jié)構(gòu)受到損

4、害，而脯氨酸和可溶性糖的大量積累有利于保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的完整性。抗氧化酶系統(tǒng)的變化能提高東亞砂蘚對(duì)氧化脅迫的防御能力。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的改變說(shuō)明，東亞砂蘚在對(duì)脫水脅迫作出響應(yīng)時(shí)，會(huì)降低自身光合活性，從一定程度上緩解脫水脅迫對(duì)植物體造成的破壞。
　　(4)對(duì)東亞砂蘚進(jìn)行RNA-Seq大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，組裝獲得83552個(gè)基因，與不同數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，匹配到Nr庫(kù)的Unigene為51072條;匹配到Nt庫(kù)的Unigene為28154條;

5、匹配到COG庫(kù)的Unigene為31027條，涉及25類功能;匹配到GO庫(kù)的Unigene為21049條，分為41個(gè)功能群;匹配到Swiss-Prot庫(kù)的Unigene為32696條;匹配到KEGG庫(kù)的Unigene為35017條，涉及125個(gè)Pathway，參與到代謝途徑、次生代謝產(chǎn)物的生物合成等途徑中。獲得顯著差異表達(dá)Unigene41763條，其中33559條序列表達(dá)量上調(diào)，8204條序列表達(dá)量下調(diào)。結(jié)合生理指標(biāo)的變化，鑒定出與脫

6、水耐性相關(guān)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)和重建離子平衡，滲透保護(hù)物質(zhì)生物合成，植物激素及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，活性氧清除及抗脅迫相關(guān)蛋白，轉(zhuǎn)錄因子，糖代謝，保護(hù)和修復(fù)光合系統(tǒng)，蛋白質(zhì)合成與降解8類基因。對(duì)這些脅迫應(yīng)答的關(guān)鍵基因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，更有助于深入了解東亞砂蘚的耐旱機(jī)制。并對(duì)參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的RjRop、參與糖代謝的RjGAPDH和轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的RjbZIP基因進(jìn)行了脫水和復(fù)水表達(dá)模式的分析，發(fā)現(xiàn)它們?cè)跂|亞砂蘚在抗脫水脅迫時(shí)發(fā)揮重要作用。
　　本研究提供了東亞