苧麻氮代謝高效基因型篩選及表達分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、苧麻是一種生物產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量較高、營養(yǎng)品質(zhì)相對均衡的多年生草本植物,大量研究表明其飼用開發(fā)潛力巨大。而氮素是苧麻正常生長發(fā)育過程中不可缺少的元素之一,合理的利用氮素能促進苧麻莖和葉片的生長,提高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量,改善營養(yǎng)品質(zhì)。因此通過選育氮高效品種來提高氮利用效率、減少氮肥的損失受到了極大的重視,而篩選不同氮效率基因型,了解不同基因型間的氮效率、生理生化和分子機制方面的差異是氮高效育種的基礎。本研究以30個苧麻基因型為試驗材料,通過

2、氮素利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的比較,篩選出2個氮高效基因型和1個氮低效基因型,并對其生理生化機制進行了研究,同時通過差異基因的篩選進一步明確了氮高效利用的分子機制。具體研究結(jié)論如下:
  通過隸屬函數(shù)法對19個產(chǎn)量和品質(zhì)相關性狀綜合指標進行排序,并運用分子標記輔助選擇和氮素利用效率篩選,三種方法綜合考慮,將大方圓麻、武勝野麻2號、冊亨家麻確定為氮利用效率低、產(chǎn)量低、品質(zhì)差的基因型,將兩江家麻、梁平青麻、H2000-03、古家青桿麻

3、確定為氮利用效率高、產(chǎn)量高、品質(zhì)好的基因型。用碳水化合物和蛋白質(zhì)體系(CNCPS)研究苧麻飼料碳水化合物組分和蛋白質(zhì)組分,其中苧麻干葉總碳水化合物含量為59.21%,而且99%左右是可以降解的。蛋白質(zhì)組分中不能消化蛋白含量為2.55%,約97%蛋白為真蛋白。
  氮高效基因型苧麻的根系體積、總吸收面積和活躍吸收面積等方面均高于氮低效基因型,但是氮低效基因型顯示出了較強的根系活力,相關分析表明氮利用效率與根系體積和活躍吸收面積極顯著

4、(P<0.01)正相關,與根系活力和總吸收面積顯著(P<0.05)正相關。葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量、氮代謝相關酶和纖維發(fā)育相關酶等大部分隨著氮素水平的升高逐漸升高,且氮高效基因型均高于氮低效基因型,通過隸屬函數(shù)和反隸屬函數(shù)法對伸長期苧麻的15個生理指標進行計算,發(fā)現(xiàn)兩個基因型在15 mmol/L、12 mmol/L和9 mmol/L處理的平均隸屬函數(shù)值差異不顯著,且均顯著高于其他處理,因此選擇9 mmol/L處理作為苧麻

5、氮素營養(yǎng)的最佳濃度。
  通過分析兩個基因型在無氮脅迫后的基因表達情況,發(fā)現(xiàn)無氮處理間得到1165個差異基因,包括505個上調(diào)表達基因和660個下調(diào)表達基因。對照組間得到1277個差異基因,包括592個上調(diào)表達基因和685個下調(diào)表達基因。對差異基因的功能進行注釋發(fā)現(xiàn)主要為蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子、細胞色素 P450等。具體包括 WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族基因、乙烯應答因子、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶基因、ATP相關轉(zhuǎn)運蛋白基因等。GO分類后發(fā)現(xiàn),

6、對照組間差異基因主要注釋在Catalytic activity和Binding-related功能組,而處理組間Oxidoreduction和Single-organism metabolic process差異基因最多。
  本研究發(fā)現(xiàn)一種篩選差異基因的方法,對理解氮高效基因型的潛在分子機制具有重要作用。通過比較基因表達發(fā)現(xiàn)在這兩個基因型中,無氮脅迫改變了數(shù)百種基因的表達,且存在三種可能的反應機制。首先確定具有適應力的苧麻在正常

7、環(huán)境下高度表達了94種基因,其中某些基因編碼的蛋白質(zhì)起到了一種“前置”保護作用,這些提前裝載蛋白質(zhì)參與了已知的耐無氮機制,包括UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶基因和 GDSL脂肪酶基因等,以及其他與氧化還原有關的基因。第二類基因為在無氮脅迫下具有一定的忍耐能力,或在細胞內(nèi)存在較低的氮脅迫壓力,使其在短時間內(nèi)對脅迫反應較小或沒有做出反應,稱之為“壓力忍耐基因”。包括氨基環(huán)丙烷羧酸(ACC)氧化酶的相關基因、半胱氨酸蛋白酶基因、胰蛋白酶抑制劑相關基因和轉(zhuǎn)

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