梭梭干旱诱导表达基因及其调控研究

论文摘要

梭梭（Haloxylon ammodendron（C．A．Mey） Bunge）是西北沙漠地区极为抗旱、耐盐的超旱生植物，在生态建设方面具有重要作用。通过研究其抗逆机理、挖掘其特有优良性状及相关基因，采用常规育种与基因工程相结合方法，将优良抗性基因直接用于农作物和林木的遗传改良，能够在较短时间内培育出抗逆性更强的植物，可以在一定程度上缓解或解决日益恶化的生态环境。本研究通过模拟自然干旱，首次运用cDNA-AFLP图谱技术研究梭梭干旱诱导相关基因的表达，所获基因与拟南芥等模式植物基因比较后，对部分调控类和衰老相关基因在PEG、脱水和外源ABA作用下的表达情况进行了比较详细的研究。主要结果如下： （1）运用cDNA-AFLP指纹图谱技术对干旱胁迫25天和正常浇水梭梭幼苗进行差异显示分析，共获得86个差异表达基因，有55个基因能够找到高度同源的序列。其中，48个基因与已知或假定功能基因具有较高同源性，包括信号传导、转录调控、转录因子、防卫相关、衰老相关、转运体蛋白、细胞壁合成、生长发育、光合作用等方面，占所得基因总数的56％，这些基因可能在植物抗逆胁迫中发挥重要作用。这也说明梭梭遭遇干旱胁迫时，具有与其它植物类似的抗逆境胁迫代谢途径。 （2）在所获的48个已知或假定功能基因中，调控类基因有16个，占已知功能基因的33％。这说明梭梭在干旱胁迫发生时，会及时启动相应的调控机制，从而快速适应干旱胁迫等逆境条件，这可能是其适应沙漠环境的重要机制之一。 （3）干旱胁迫25d时梭梭幼苗与对照相比高生长降低31.6％，基部向上木质化高度则增加34.7％，ABA含量增加141.9％，Fv／Fm却没有明显变化。并且，与胡杨相比较，离体叶片能够在较长时间内保持较高持水能力，这表明梭梭抵抗干旱胁迫的能力很强。这些生理水平上的变化可能与此时梭梭衰老相关基因PHB和CYP、细胞壁合成相关基因以及转运体蛋白基因表达增强有关。 （4）与拟南芥、水稻、杨树基因组数据库序列进行比较表明，本文所得到的梭梭相关基因与双子叶植物拟南芥和杨树同源基因数目较多，而与单子叶植物水稻同源基因数目相对较少。通过Genevestigator对其中51个已知基因与已有拟南芥基因芯片杂交信息对比，结果显示在处于同类胁迫时，所选基因中，梭梭中高水平表达的基因在拟南芥中仅有部分高表达，这可能是梭梭能够在干旱沙漠环境中生存的机制之一。 （5）对CIPK23、bZIP、ABC、AAT、PHB、SAG、CYP、RbcS和CAB基因在PEG渗透胁迫和脱水胁迫条件下表达谱的研究表明，梭梭幼苗遭遇PEG和脱水胁迫时，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 植物抗旱相关基因研究进展
• 1.1.1 抗旱相关基因的功能分类
• 1.1.2 调控性抗旱相关基因
• 1.1.3 功能性抗旱相关基因
• 1.1.4 展望
• 1.2 梭梭抗旱性研究现状
• 1.2.1 形态结构与梭梭抗旱性的关系
• 1.2.2 生理特征与梭梭抗旱性的关系
• 1.2.3 关于梭梭抗旱分子机理的认识
• 1.3 cDNA-AFLP技术应用现状
• 1.3.1 cDNA-AFLP技术的原理与方法
• 1.3.2 cDNA-AFLP技术的特点
• 1.3.3 cDNA-AFLP技术的应用
• 1.4 研究意义与必要性
• 1.5 研究思路与技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验试剂
• 2.2 方法
• 2.2.1 RNA提取与mRNA纯化
• 2.2.2 cDNA的合成
• 2.2.3 cDNA模板的纯化
• 2.2.4 cDNA-AFLP指纹图谱
• 2.2.5 数据处理
• 2.2.6 半定量RT-PCR分析
• 第三章 cDNA-AFLP技术体系的优化
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 研究方法
• 3.1.3 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 RNA的质量
• 3.2.2 双链cDNA模板的合成
• 3.2.3 cDNA模板的预扩增
• 3.2.4 cDNA-AFLP指纹图谱
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 梭梭干旱诱导相关基因的表达及功能分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 植物材料的培养与干旱胁迫处理
• 4.1.2 生理指标测定
• 4.1.3 总RNA提取与mRNA纯化
• 4.1.4 cDNA-AFLP指纹图谱分析
• 4.1.5 差异片段的回收与测序
• 4.1.6 半定量RT-PCR分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 RNA提取与cDNA模板制备
• 4.2.2 干旱诱导相关基因的图谱分析
• 4.2.3 干旱胁迫下梭梭相关生理生化指标的变化
• 4.3 讨论
• 4.3.1 梭梭中调控类基因与抗旱性的关系
• 4.3.2 梭梭中功能类基因与抗旱性的关系
• 4.3.3 未知功能蛋白与梭梭可能的抗逆关系
• 4.4 小结
• 第五章 梭梭中所获基因与模式植物基因比较分析
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 梭梭中基因与模式植物基因组同源基因的数目
• 5.2.2 拟南芥中与梭梭同源的基因在拟南芥各组织的表达分析
• 5.2.3 不同胁迫下拟南芥中与梭梭同源的基因在拟南芥中的表达分析
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 梭梭部分抗旱相关基因的表达调控分析
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验材料的培养与处理
• 6.1.2 RT-PCR表达分析
• 6.1.3 数据分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 调控类基因CIPK23和bZIP的表达分析
• 6.2.2 梭梭部分功能类基因的表达分析
• 6.3 讨论
• 6.3.1 调控类基因CIPK23和bZIP在应答逆境胁迫中的作用
• 6.3.2 转运体蛋白基因ABC和AAT在应答逆境胁迫中的作用
• 6.3.3 衰老相关蛋白基因在应答逆境胁迫中的作用
• 6.3.4 外源ABA在应答逆境胁迫中的作用
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 梭梭中获得的差异基因与模式植物基因组的比较分析
• 附录二 缩写