苧麻氮代謝高效基因型篩選及表達(dá)分析.pdf

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(jìn)苧麻莖和葉片的生長，提高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)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(jī)制方面的差異是氮高效育種的基礎(chǔ)。本研究以30個(gè)苧麻基因型為試驗(yàn)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(gè)氮高效基因型和1個(gè)氮低效基因型，并對其生理生化機(jī)制進(jìn)行了研究，同時(shí)通過差異基因的篩選進(jìn)一步明確了氮高效利用的分子機(jī)制。具體研究結(jié)論如下：
　　通過隸屬函數(shù)法對19個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性狀綜合指標(biāo)進(jìn)行排序，并運(yùn)用分子標(biāo)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(hào)、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(qiáng)的根系活力，相關(guān)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(guān)，與根系活力和總吸收面積顯著（P<0.05）正相關(guān)。葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量、氮代謝相關(guān)酶和纖維發(fā)育相關(guān)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(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)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(gè)基因型在無氮脅迫后的基因表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)無氮處理間得到1165個(gè)差異基因，包括505個(gè)上調(diào)表達(dá)基因和660個(gè)下調(diào)表達(dá)基因。對照組間得到1277個(gè)差異基因，包括592個(gè)上調(diào)表達(dá)基因和685個(gè)下調(diào)表達(dá)基因。對差異基因的功能進(jìn)行注釋發(fā)現(xiàn)主要為蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞色素 P450等。具體包括 WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族基因、乙烯應(yīng)答因子、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶基因、ATP相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)制具有重要作用。通過比較基因表達(dá)發(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)基因型中，無氮脅迫改變了數(shù)百種基因的表達(dá)，且存在三種可能的反應(yīng)機(jī)制。首先確定具有適應(yīng)力的苧麻在正常

7、環(huán)境下高度表達(dá)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(hù)作用，這些提前裝載蛋白質(zhì)參與了已知的耐無氮機(jī)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(guān)的基因。第二類基因?yàn)樵跓o氮脅迫下具有一定的忍耐能力，或在細(xì)胞內(nèi)存在較低的氮脅迫壓力，使其在短時(shí)間內(nèi)對脅迫反應(yīng)較小或沒有做出反應(yīng)，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(guān)基因、半胱氨酸蛋白酶基因、胰蛋白酶抑制劑相關(guān)基因和轉(zhuǎn)