本文選題：菊花腦 + 同源多倍體化　； 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：多倍化(Polyploidization)在自然界是一種很常見(jiàn)的現(xiàn)象,一直被認(rèn)為是重要的進(jìn)化動(dòng)力之一,多倍體在生態(tài)習(xí)性,生理特征以及生長(zhǎng)和發(fā)育等方面往往優(yōu)于它們的祖先二倍體種。菊花腦(Chrysanthemum nankingense)是菊科菊屬多年生草本植物,是栽培菊的近緣野生種,屬于二倍體(2n=2x=18)植物,相對(duì)于六倍體栽培菊,二倍體菊花腦具有相對(duì)簡(jiǎn)單的遺傳背景并且很可能參與栽培菊的起源。本實(shí)驗(yàn)室之前通過(guò)秋水仙素加倍和染色體鑒定獲得了同源四倍體菊花腦(2n=4x=36),四倍體菊花腦株型高大,莖桿加粗,葉片變厚變大且葉色加深,花期延遲,抗逆性提高。本研究旨在揭示不同倍性之間菊花腦生長(zhǎng)發(fā)育以及抗逆性的差異及其分子機(jī)制,為菊花的生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。主要結(jié)論如下:1.miRNAs在植物生長(zhǎng)發(fā)育中扮演很重要的角色,運(yùn)用RNA-seq技術(shù)對(duì)于二倍體和四倍體菊花腦進(jìn)行miRNA測(cè)序,二倍體和四倍體中分別測(cè)序獲得162和161保守miRNA。在二倍體菊花腦中,這些miRNA主要集中分布在22nt和25nt,但是在基因組加倍后主要集中分布在21nt和24nt。另外,在二倍體和四倍體預(yù)測(cè)得到了 61和65 novel miRNA。多倍化后,miRNA的表達(dá)量發(fā)生很大的變化,從而影響其靶基因的多樣性,這些與miRNA相關(guān)的靶基因在生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用,例如SPL,ARF,TIR等。因此,我們認(rèn)為多倍化可能快速的影響miRNA的分布,并且miRNA的表達(dá)變化通過(guò)影響靶基因的變化對(duì)四倍體菊花腦的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)有一定的貢獻(xiàn)。2.多倍化影響菊花腦葉片中葉綠素含量和葉綠體的數(shù)量,增強(qiáng)多倍體的光合能力。與二倍體菊花腦相比,多倍化后四倍體菊花腦葉片中的葉綠素a/b含量以及葉綠體的數(shù)量顯著增加;四倍體菊花腦具有更大的生物量(干重)。通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),在四倍體菊花腦中,葉綠素合成路徑的相關(guān)基因表達(dá)顯著上調(diào),例如HEMA/B,GSA和CHLH等。另外,由于基因組加倍,光合路徑中的相關(guān)關(guān)鍵酶的基因表達(dá)量上調(diào),如RbcS,TPI和PGK等,光合能力的增強(qiáng)促使四倍體比二倍體具有更大的生物量。3.開(kāi)花是植物生命周期中最重要的生命特征,也是植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段向生殖生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。多倍化不僅影響植物的生長(zhǎng)勢(shì),也影響植物的花期。多倍化后,與二倍體相比,四倍體菊花腦出現(xiàn)晚花,晚于二倍體菊花腦4-5天,通過(guò)RNA-seq和生物信息學(xué)對(duì)菊花腦花芽分化階段的數(shù)據(jù)分析,光周期途徑相關(guān)同源基因在二倍體中上調(diào)表達(dá),二倍體菊花腦對(duì)光周期響應(yīng)要強(qiáng)于四倍體菊花腦;開(kāi)花抑制因子FLC和FRI在四倍體上調(diào)表達(dá),參與負(fù)調(diào)控四倍體的花期與花芽分化;生長(zhǎng)素響應(yīng)因子同源基因ARF1和ARF2在四倍體中上調(diào)表達(dá),可能參與抑制了四倍體菊花腦營(yíng)養(yǎng)階段向生殖階段的轉(zhuǎn)變;另外,大量轉(zhuǎn)錄因子在菊花腦花芽分化階段差異表達(dá),例如MYB2和MYB44-like等,參與調(diào)控菊花腦生長(zhǎng)和花芽分化。植物的花芽分化及花期調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),綜上這些因素或許是造成四倍體晚花的原因,也為菊花的育種提供一定的理論基礎(chǔ)。4.鹽脅迫是一個(gè)全球性的問(wèn)題,鹽脅迫也是影響植物生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量的重要非生物脅迫之一。對(duì)不同倍性的菊花腦用200mM NaCl處理,根據(jù)植株葉片形態(tài)特征的變化,與二倍體相比,四倍體菊花腦具有較強(qiáng)的耐鹽性。離子含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)二倍體和四倍體菊花腦根部離子含量變化趨勢(shì)一致,處理24h后,二倍體菊花腦地上部分葉片中Na+和K+含量出現(xiàn)顯著變化,但是四倍體對(duì)鹽離子變化較為遲鈍,具有較強(qiáng)的耐鹽性。對(duì)鹽脅迫處理后的菊花腦及其同源四倍體進(jìn)行RNA-seq測(cè)序,并且經(jīng)過(guò)生物信息學(xué)分析總共檢測(cè)得到79個(gè)家族的轉(zhuǎn)錄因子。與二倍體菊花腦相比,四倍體菊花腦中SOS1的表達(dá)上調(diào),具有較強(qiáng)Na+外排能力;同時(shí)在四倍體中與K+運(yùn)輸相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào),包括KUP2,KE4等。鹽脅迫后,與ABA生物合成以及信號(hào)傳導(dǎo)途徑的基因表達(dá)上調(diào),ABA途徑參與菊花腦的耐鹽性。另外,液泡膜上的離子轉(zhuǎn)運(yùn)體相關(guān)基因CAX3和NHX1在四倍體中上調(diào)表達(dá),起到儲(chǔ)存Na+和調(diào)節(jié)鹽脅迫響應(yīng)的作用。大量的轉(zhuǎn)錄因子包括MYB, WRKY, NAC, bHLH以及AP2/ERF,在鹽脅迫下發(fā)生顯著差異變化,參與調(diào)控菊花腦耐鹽性。
[Abstract]:The research aims at revealing the difference between the growth and development of the tetraploids and its molecular mechanism in the growth and development of the tetraploid chrysanthemum . In addition , the expression of Na ~ + and K ~ + in the leaves of tetraploid chrysanthemum is regulated by means of RNA - seq and bioinformatics , which may be involved in the regulation of flower bud differentiation and flower bud differentiation .

【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S682.11
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本文編號(hào)：1868662