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

【摘要】：多倍化(Polyploidization)在自然界是一種很常見的現象,一直被認為是重要的進化動力之一,多倍體在生態(tài)習性,生理特征以及生長和發(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,相對于六倍體栽培菊,二倍體菊花腦具有相對簡單的遺傳背景并且很可能參與栽培菊的起源。本實驗室之前通過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發(fā)育以及抗逆性的差異及其分子機制,為菊花的生產提供理論基礎和實踐指導。主要結論如下:1.miRNAs在植物生長發(fā)育中扮演很重要的角色,運用RNA-seq技術對于二倍體和四倍體菊花腦進行miRNA測序,二倍體和四倍體中分別測序獲得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測得到了 61和65 novel miRNA。多倍化后,miRNA的表達量發(fā)生很大的變化,從而影響其靶基因的多樣性,這些與miRNA相關的靶基因在生長發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用,例如SPL,ARF,TIR等。因此,我們認為多倍化可能快速的影響miRNA的分布,并且miRNA的表達變化通過影響靶基因的變化對四倍體菊花腦的生長優(yōu)勢有一定的貢獻。2.多倍化影響菊花腦葉片中葉綠素含量和葉綠體的數量,增強多倍體的光合能力。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量顯著增加;四倍體菊花腦具有更大的生物量(干重)。通過生物信息學分析發(fā)現,在四倍體菊花腦中,葉綠素合成路徑的相關基因表達顯著上調,例如HEMA/B,GSA和CHLH等。另外,由于基因組加倍,光合路徑中的相關關鍵酶的基因表達量上調,如RbcS,TPI和PGK等,光合能力的增強促使四倍體比二倍體具有更大的生物量。3.開花是植物生命周期中最重要的生命特征,也是植物從營養(yǎng)生長階段向生殖生長階段轉變的重要標志。多倍化不僅影響植物的生長勢,也影響植物的花期。多倍化后,與二倍體相比,四倍體菊花腦出現晚花,晚于二倍體菊花腦4-5天,通過RNA-seq和生物信息學對菊花腦花芽分化階段的數據分析,光周期途徑相關同源基因在二倍體中上調表達,二倍體菊花腦對光周期響應要強于四倍體菊花腦;開花抑制因子FLC和FRI在四倍體上調表達,參與負調控四倍體的花期與花芽分化;生長素響應因子同源基因ARF1和ARF2在四倍體中上調表達,可能參與抑制了四倍體菊花腦營養(yǎng)階段向生殖階段的轉變;另外,大量轉錄因子在菊花腦花芽分化階段差異表達,例如MYB2和MYB44-like等,參與調控菊花腦生長和花芽分化。植物的花芽分化及花期調控是一個復雜的調控網絡,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。4.鹽脅迫是一個全球性的問題,鹽脅迫也是影響植物生長、品質和產量的重要非生物脅迫之一。對不同倍性的菊花腦用200mM NaCl處理,根據植株葉片形態(tài)特征的變化,與二倍體相比,四倍體菊花腦具有較強的耐鹽性。離子含量測定發(fā)現二倍體和四倍體菊花腦根部離子含量變化趨勢一致,處理24h后,二倍體菊花腦地上部分葉片中Na+和K+含量出現顯著變化,但是四倍體對鹽離子變化較為遲鈍,具有較強的耐鹽性。對鹽脅迫處理后的菊花腦及其同源四倍體進行RNA-seq測序,并且經過生物信息學分析總共檢測得到79個家族的轉錄因子。與二倍體菊花腦相比,四倍體菊花腦中SOS1的表達上調,具有較強Na+外排能力;同時在四倍體中與K+運輸相關的基因表達上調,包括KUP2,KE4等。鹽脅迫后,與ABA生物合成以及信號傳導途徑的基因表達上調,ABA途徑參與菊花腦的耐鹽性。另外,液泡膜上的離子轉運體相關基因CAX3和NHX1在四倍體中上調表達,起到儲存Na+和調節(jié)鹽脅迫響應的作用。大量的轉錄因子包括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 .

【學位授予單位】：南京農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S682.11
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本文編號：1868662