陸地棉野生種系基于轉(zhuǎn)錄組與代謝組學(xué)抗旱分子機(jī)制研究.pdf

1、棉花是我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物，其種植區(qū)域多為干旱地區(qū)。干旱對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重影響，最終導(dǎo)致棉花的質(zhì)量下降，產(chǎn)量減少。陸地棉野生種系是陸地棉野生類型，具有抗旱、纖維品質(zhì)高等優(yōu)良性狀。本研究使用PEG6000對(duì)32份棉花材料進(jìn)行模擬抗旱性鑒定，通過(guò)對(duì)干旱抗感材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和代謝組分析，研究半野生棉干旱脅迫響應(yīng)機(jī)制。
　　1通過(guò)PEG6000水培下處理不同棉花幼苗，在3片真葉期對(duì)32份材料進(jìn)行抗旱性鑒定，通過(guò)表型觀察發(fā)現(xiàn)24h干旱脅

2、迫后表型變化能夠作為區(qū)分材料抗旱強(qiáng)弱的指標(biāo)。測(cè)量其莖干重、主根長(zhǎng)、根干重作為抗旱性指標(biāo)，能夠反應(yīng)棉花不同材料的抗旱性。通過(guò)多次鑒定試驗(yàn)，篩選出抗旱材料瑪利加郎特棉85、瑪利加郎特棉46、闊葉棉1790干旱敏感材料闊葉棉40、闊葉棉186、尖斑棉23。其中瑪利加郎特棉85為干旱高抗材料、闊葉棉40為干旱敏感材料。
　　2對(duì)陸地棉野生種系抗干旱材料瑪利加郎特棉85、干旱敏感闊葉棉40以及陸地棉中棉所12作為對(duì)照進(jìn)行處理后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

3、，得到266×109clean reads，比對(duì)后得到64617個(gè)基因。對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)差異基因分析，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫上調(diào)基因明顯多于下調(diào)基因，表明棉花主要通過(guò)正調(diào)控響應(yīng)干旱脅迫。對(duì)不同組織差異表達(dá)基因分析以及不同通路差異表達(dá)基因分析，表明不同組織響應(yīng)干旱機(jī)制不同。通過(guò)GO和KEGG功能富集分析，表明黃酮類物質(zhì)、谷胱甘肽、抗壞血酸、萜類等抗氧化物質(zhì)相關(guān)代謝通路在干旱脅迫下起到關(guān)鍵作用。
　　3對(duì)陸地棉野生種系抗干旱材料瑪利加郎特棉85、干

4、旱敏感闊葉棉40以及陸地棉中棉所12進(jìn)行代謝組分析，共檢測(cè)到762種代謝產(chǎn)物，其中包括24種黃酮類化合物、4種萜類、70種氨基酸衍生物。對(duì)代謝物表達(dá)量分析，干旱脅迫48h葉片代謝物表達(dá)量上升數(shù)量顯著高于下降數(shù)量，根部下降數(shù)量高于上升數(shù)量，表明不同組織響應(yīng)干旱脅迫差異性。通過(guò)對(duì)根部谷胱甘肽代謝通路進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析，表明谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、y-谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷胱甘肽合成酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、抗壞血酸

5、還原酶等相關(guān)基因以及還原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、L-半胱氨酸、L-谷氨酸、L-抗壞血酸等代謝物在干旱脅迫下起重要作用。對(duì)黃酮類合成進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，表明代謝物質(zhì)綠原酸、花青素、二氫楊梅素、圣草酚、木犀草素、柚皮素查耳酮、柚皮素、山奈酚、兒茶素、楊梅素、高圣草酚等以及與查耳酮合酶、反式肉桂酸酯4-單加氧酶、查耳酮異構(gòu)酶、咖啡酰輔酶A、氧-甲基轉(zhuǎn)移酶、類黃酮3'-單加氧酶、黃酮醇合酶等相關(guān)基因表達(dá)在干旱脅迫下起重要作用