26266.中國野生擬南芥居群冷脅迫響應(yīng)的分化及其分子機制

1、◎a匕未玻磐2；；I匕互破哆博士研究生學(xué)位論文題目：主國墅生塑直薟屋登鹼跡追喧座絲僉絲區(qū)墓盆王扭劍學(xué)號：!Q魚!!墨Q窆院系：生金盤堂堂瞳專業(yè)：墊塹堂研究方向：遣堡壘盤：睦魚墊廛：睦盟窒導(dǎo)師姓名：亟絲雅塾撞星疊L矗絲撞二O—O年六月摘要生活在不同氣候條件下的野生擬南芥居群，由于所經(jīng)歷的環(huán)境溫度及其變化范圍不同，對冷脅迫的耐受能力可能發(fā)生分歧，表現(xiàn)出植物對不同環(huán)境的適應(yīng)。本文選取五個來自中國不同地域的野生擬南芥居群作為研究對象(Xqh來自

2、阿勒泰山區(qū)，新疆：其他四個居群沿長江流域分布：Aqs來自安徽，Ctl重慶，J：ij江西，Scg陜西)，從它們對冷脅迫的耐受能力、低溫處理條件下的表達譜和相應(yīng)的生理生化水平進行研究，目的是探索在響應(yīng)冷脅迫的過程中，野生擬南芥居群在中國各地區(qū)的變異情況以及這些變異可能的分子機制。研究結(jié)果表明，無論是植物的冰凍存活率還是低溫條件下的主根伸長量，中國境內(nèi)的野生擬南芥居群之間都存在著自然差異，Scg和Xqh的冷脅迫耐受力較高，而CU的耐受力最低。

3、這些差異與各個野生居群生境的春季平均氣溫之間存在顯著的負相關(guān)。4℃生長條件下的表達譜分析顯示，野生擬南芥居群表現(xiàn)出顯著的冷響應(yīng)，并且在居群間存在顯著差異，例如來自長江流域的四個居群中，陜西城固的Scg與另外三個居群發(fā)生了分歧。研究發(fā)現(xiàn)受冷特異誘導(dǎo)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子側(cè)在長江流域的四個居群中因基因啟動子區(qū)的變異而喪失了該基因冷響應(yīng)的功能，而在側(cè)下游應(yīng)答∞R基因中，存在著相當(dāng)數(shù)目的基因，表達情況在Scg和另外三個長江流域居群之間亦發(fā)生了分歧。無論

4、是表達譜水平的分歧還是∞B∞R通路水平上分歧，其模式均與這四個居群中Scg冷脅迫耐受力相對較高和生境溫度相對較低的特點相吻合?；诒磉_譜數(shù)據(jù)進行的代謝通路分析顯示，棉子糖家族寡聚糖(RFOs)的生物合成、脅迫條件下產(chǎn)生的過剩I的S的清除以及其他的可溶性代謝物的新陳代謝，可能涉及在長江流域四個擬南芥居群冷脅迫響應(yīng)的分歧過程中；低溫處理條件下可溶性代謝物含量和RoS含量的檢測進一步驗證了這個結(jié)果。將Col的C引呵基因啟動子和編碼區(qū)全長轉(zhuǎn)入長

5、江流域冷脅迫耐受力最低和最高的居群Cn和Scg中，對轉(zhuǎn)基因植物的冷響應(yīng)分析結(jié)果顯示，冷脅迫條件下冷響應(yīng)基因在居群CⅡ中對冷信號的不響應(yīng)至少部分是由于C引呵的冷響應(yīng)功能的缺失引起的，外源C引叼能夠互補Cn缺失的C引叼的功能，從基因表達、代謝通路響應(yīng)(I心Os、RoS和其他可溶性代謝物)和冷脅迫耐受力各個水平上提高居群Ctl的冷脅迫響應(yīng)能力；而居群Scg，由于可能已經(jīng)產(chǎn)生了C引叼的替代途徑，外源的C研哆對Scg的冷響應(yīng)途徑的影響并不像Ctl

6、那樣顯著，尤其是在冰凍耐受性方面。綜合以上結(jié)果，本論文認為，中國的野生擬南芥居群，尤其是來自長江流域的居群響應(yīng)冷脅迫的過程發(fā)生了顯著的遺傳分化，這些分化，在表達水平上，可能涉及到冷響應(yīng)功能缺失的轉(zhuǎn)錄因子㈣替代途徑的進化：在代謝水平上，則涉及到I心Os的生物合成、脅迫條件下過剩RoS的清除以及其他可溶性代謝物的新陳代謝等途徑。結(jié)合中國野生擬南芥居群的起源和演化歷史，在90，Ooo年這段進化歷史中并不長的時間里，長江流域的四個野生居群由于生