基于組學(xué)的柑橘缺鐵及硼脅迫分子響應(yīng)研究.pdf

1、我國柑橘大多栽培在土壤貧瘠的山地和丘陵，這些地區(qū)土壤礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏，其中缺鐵和缺硼現(xiàn)象最為普遍。組學(xué)是一門新興的生物學(xué)技術(shù)，具有通量高、定量準(zhǔn)、分辨率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用各種生物學(xué)研究。利用組學(xué)技術(shù)能夠從基因、轉(zhuǎn)錄、翻譯等水平對生物現(xiàn)象的分子機制進行全面解析。本研究采用轉(zhuǎn)錄組、Small RNA和離子組技術(shù)對柑橘缺鐵和缺硼響應(yīng)的分子機制展開研究，具體結(jié)果如下:
　　1柑橘缺鐵的組學(xué)研究
　　以柑橘砧木香橙為材料，通過水培方式模擬

2、柑橘缺鐵，采用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)比較了缺鐵和對照葉片之間轉(zhuǎn)錄水平上的差異。
　　(1)發(fā)現(xiàn)缺鐵導(dǎo)致913個功能基因差異表達，其中598個基因上調(diào)表達，315個基因下調(diào)表達。差異表達基因涉及91個代謝途徑，其中葉綠素代謝、光合作用（含天線蛋白）和氮代謝途徑與柑橘缺鐵黃化關(guān)系密切:在葉綠素合成途徑中，缺鐵導(dǎo)致谷氨酰tRNA還原酶(HEMA)、葉綠素（酸酯）b還原酶(NYC1)、香葉基焦磷酸還原酶(BchP)基因顯著下調(diào)表達，葉綠素酸酯a氧化酶

3、(CAO)基因上調(diào)表達，進而導(dǎo)致葉片總?cè)~綠素含量降低、葉綠素a向葉綠素b轉(zhuǎn)化，其中HEMA下調(diào)表達可能是葉綠素降低的主要原因。在光合作用代謝途徑中，16個基因下調(diào)表達，這些基因分別編碼光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ的亞基蛋白(PsbW、PsaF、PsaK、PsaN、PsaO)，捕光復(fù)合體亞基蛋白(Lhca3、Lhca4、Lhcb1、Lhcb2、Lhcb3、Lhcb4、Lhcb5、Lhcb6)和電子傳遞鏈的鐵氧還蛋白(PetF)。這些基因的下調(diào)表達可

4、能是缺鐵情況下導(dǎo)致葉片光合參數(shù)降低的主要原因。在氮代謝途徑中，缺鐵導(dǎo)致編碼硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白(Nrt)，硝酸鹽還原酶(NR)和鐵氧還原蛋白-亞硝酸鹽還原酶(nirA)的基因下調(diào)表達。這些基因的下調(diào)表達可能是導(dǎo)致缺鐵葉片氮素營養(yǎng)的吸收和利用受阻的主要原因，進而導(dǎo)致柑橘葉片黃化。
　　(2)分離了147個已知miRNA和427個新的miRNA，其中缺鐵葉片中50個miRNA（10個已知和40個新的）上調(diào)表達、31個miRNA（16個已知和

5、15個新的）下調(diào)表達，表明miRNA參與了柑橘對缺鐵脅迫適應(yīng)性的調(diào)控，其中有6個miRNA可能在缺鐵脅迫響應(yīng)中起關(guān)鍵作用:與逆境應(yīng)答相關(guān)的miR172下調(diào)可能增強了缺鐵葉片對逆境的抵抗能力;與控制生長發(fā)育相關(guān)的miR319和miR477上調(diào)可能抑制了植株生長;與抗氧化相關(guān)的miR397，miR398和miR408下調(diào)可能增強了Cu/Zn超氧化物歧化酶活性;與控制木質(zhì)素代謝相關(guān)的miR397和miR408的下調(diào)可能增加了木質(zhì)素的積累。

6、r>　　2關(guān)于柑橘缺硼的組學(xué)研究
　　以枳砧紐荷爾臍橙（硼低效）和枳砧奉節(jié)臍橙（硼高效）為材料、以砂培的方式模擬柑橘缺硼，采用轉(zhuǎn)錄組研究接穗影響砧木硼吸收的分子機制。
　　(1)缺硼條件下2個臍橙硼含量、硼積累量和硼分配變化差異顯著。在硼足量條件下紐荷爾整株、根和葉硼含量顯著高于奉節(jié)臍橙，而在缺硼脅迫下，紐荷爾和奉節(jié)臍橙的整株硼含量差異不顯著、但是紐荷爾成熟葉和幼葉的硼含量顯著低于奉節(jié)臍橙;缺硼脅迫下紐荷爾葉片中的可利用態(tài)硼

7、（自由態(tài)硼和半束縛態(tài)硼）含量顯著低于奉節(jié)臍橙，而根中則相反。
　　(2)缺硼條件下2個臍橙根尖生長素、脫落酸和木質(zhì)素變化差異顯著。硼足量條件下2個臍橙生長素、脫落酸和木質(zhì)素含量無顯著差異，但是在缺硼脅迫下:紐荷爾生長素含量降低程度顯著高于奉節(jié)臍橙、脫落酸含量的升高程度則顯著低于奉節(jié)臍橙，但是木質(zhì)素含量的升高程度顯著高于奉節(jié)臍橙。
　　(3)缺硼條件下奉節(jié)臍橙根尖水通道蛋白基因（NIP5;1，PIP2;2，TIP1;3和TIP

8、2;2）、乙烯和脫落酸合成以及信號傳導(dǎo)基因(ACO11，ERF，NCED1，SnRK)的表達上調(diào)程度高于紐荷爾;與紐荷爾相比，缺硼條件下奉節(jié)臍橙根尖的生長素水解酶相關(guān)基因(ILR1和ILR4)的表達顯著下調(diào);奉節(jié)臍橙根尖木質(zhì)素合成基因(PAL，COMT和POD)的表達上調(diào)程度顯著低于紐荷爾。
　　3 miR397在柑橘硼毒害響應(yīng)中的作用研究
　　以枳為材料，研究了水培條件下硼毒害對miR397和LAC7（miR397的靶基因