發(fā)布時間：2020-11-12 21:26

　　 開花是高等植物最重要的性狀之一,外界環(huán)境、樹體營養(yǎng)、激素水平及基因表達均影響植物成花過程;而與一年生植物相比,多年生木本植物的成花類型多樣,成花機制復(fù)雜。蒿柳(Salix viminalis),為楊柳科柳屬灌木,生長速度快、適應(yīng)性強、廣泛分布在北半球高緯度冷涼地區(qū),在園林綠化、能源林建設(shè)、重金屬修復(fù)等方面多有應(yīng)用。但是,開花導(dǎo)致的散粉、飛絮問題大大降低了其應(yīng)用價值。蒿柳幼齡期極短,扦插苗當(dāng)年形成花芽,實生苗2年開花,性別穩(wěn)定,基因組僅450 M,是研究雌雄異株木本植物的理想材料,我國蒿柳資源豐富,但其成花機制還不清楚。本研究分別以花芽未分化期(營養(yǎng)生長期)、花芽生理分化期和花芽形態(tài)分化期3個時期長2-3 cm的雌、雄蒿柳莖尖為材料,測定糖、激素、多胺等內(nèi)源物質(zhì)的含量,構(gòu)建花芽不同分化階段的測序文庫,采用RNA-seq高通量測序技術(shù),獲得不同發(fā)育階段花芽分化的基因表達數(shù)據(jù),利用qRT-PCR進一步驗證差異基因的表達模式,從組織、生理及分子水平上解析雌、雄蒿柳花芽分化機制,分析性別間差異表達基因信息,挖掘性別決定基因。研究結(jié)果可豐富樹木花芽分化的基本理論,解析雌雄異株植物性別決定機理,并為環(huán)保型柳樹育種提供依據(jù)。主要結(jié)果如下:1.根據(jù)生長物候期、枝條生長動態(tài)及芽的組織形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果,將雌、雄蒿柳花芽分化過程分為營養(yǎng)生長期、花芽生理分化期和花芽形態(tài)分化期;當(dāng)年生枝條生長速度減緩是蒿柳花芽生理分化啟動的重要標(biāo)志,雄蒿柳在盛花后約30天、雌蒿柳盛花后40天,進入花芽生理分化期,此時雌蒿柳一年生枝條上至少著生8片展開葉,13個側(cè)芽,雄蒿柳至少有10片展開葉,15個側(cè)芽。2.從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變過程中,內(nèi)源物質(zhì)在雌、雄蒿柳花芽分化過程中的作用相似。雖然雌、雄蒿柳內(nèi)源激素和多胺的變化趨勢幾乎一致,但其含量在發(fā)育的某些階段具有顯著的性別差異。高水平的可溶性糖、淀粉、ABA、ZT、IAA、多胺及C/N、ABA/GA3比值,低水平總N、GA3含量及ZT/GA3、IAA/ABA、IAA/ZT比值促進雌、雄蒿柳花芽分化啟動;花芽形態(tài)分化則要總N和GA3含量持續(xù)下降,多胺和C/N比值持續(xù)升高,ABA、ZT、IAA則顯著下降。3.雌、雄蒿柳共18個樣品RNA-seq測序結(jié)果顯示,每個樣品獲得的raw reads均超過5 000萬條,測序堿基數(shù)超過7.5 G nt,clean reads 4 600萬條以上;共組裝124 353條Unigene,平均長度676-904 nt,在NR、Nt、Swiss-Prot、KEGG和COG等6大數(shù)據(jù)庫中共注釋到107 161條,注釋率超過了86%。4.雌蒿柳的3個時期之間比較,共獲得9 064個DEGs,其中上調(diào)6 914個,下調(diào)2 150個。FS1-VS-FS2、FS2-VS-FS3和FS1-VS-FS3三個比較庫得到上調(diào)DEGs的數(shù)量分別為60、3 277和3 577個,下調(diào)的分別有121、664和1 365個。雄蒿柳3個時期之間比較,共獲得9 156個DEGs,其中上調(diào)6 428個,下調(diào)2 728個,MS1-VS-MS2、MS2-VS-MS3和MS1-VS-MS3三個比較庫得到的上調(diào)DEGs分別為889、2 907和2 632個,下調(diào)的分別為887、861和980個。在這些差異基因中,重點分析了蔗糖和淀粉代謝途徑、激素代謝及激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、多胺代謝途徑、植物生物節(jié)律等與雌、雄蒿柳花芽分化相關(guān)的差異表達基因信息。5.雌、雄蒿柳成花過程中,蔗糖合成相關(guān)的基因SvSS、SvTPS等多上調(diào)表達,糖類物質(zhì)主要以T-6-P參與糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo),TPS作用于SvFT基因調(diào)控花芽分化;細胞分裂素信號可通過WUS/CLV3調(diào)節(jié)系統(tǒng)負向反饋調(diào)節(jié)ARR調(diào)控SvSOC1;GA合成的關(guān)鍵基因SvRCOM、SvKO下調(diào),GA信號負調(diào)控因子DELLA蛋白顯著上調(diào)并調(diào)控SvLFY并入蒿柳成花調(diào)控網(wǎng)絡(luò);ABA誘導(dǎo)植物成花過程與光周期途徑成花關(guān)鍵基因CO的轉(zhuǎn)錄水平正相關(guān);ABA相關(guān)的Sv ACS3、SvHMT1、SvGELP下調(diào),SvNCED5、SvZEP、SvCCD4上調(diào);多胺促進雌、雄成花,雌、雄蒿柳成花過程中SvPAO多表現(xiàn)下調(diào),而與多胺合成相關(guān)的基因SvSPD1、SvSPD2以及陽離子運輸?shù)腟vCAT1均上調(diào)表達,多胺正調(diào)控SvFT并入蒿柳成花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。6.蒿柳性別間共鑒定1 325個DEGs,雄蒿柳相對于雌蒿柳上調(diào)743個,下調(diào)582個;在營養(yǎng)生長期共得到488個DEGs,其中293個DEGs上調(diào),195個下調(diào);花芽生理分化期共445個DEGs,其中263個上調(diào),182個下調(diào);花芽形態(tài)分化期共390個DEGs,其中上調(diào)185個,下調(diào)205個。7.在營養(yǎng)生長期,雌、雄蒿柳內(nèi)源物質(zhì)含量無顯著變化,差異表達基因少;進入花芽分化期后,雄蒿柳中促進雄配子體發(fā)育的基因如SvPGLR、SvPME、SvLAC、寡肽運輸相關(guān)的SvNPF、花粉識別相關(guān)SvRKS等均顯著上調(diào),JA和BR相關(guān)的基因如SvECI2、SvCIPK11、SvFLA2、SvCYP707A1、SvCYP87A3也顯著上調(diào)表達,在雌蒿柳中則表現(xiàn)為下調(diào)或不表達,這些雄性器官發(fā)育的促進基因在小孢子體出現(xiàn)的絨氈層發(fā)育晚期,或者花粉四分體分離之前的花粉外壁形成期上調(diào)表達,對蒿柳雄花的形成具有促進作用。8.雌蒿柳中影響胚珠發(fā)育的苯丙素和黃酮代謝途徑的SvTOGT1、SvHST,與氨基酸轉(zhuǎn)運和合成相關(guān)的SvANT1、SvAAP3、SvBCAT2顯著上調(diào)表達;與雌配子體發(fā)育及成花相關(guān)的響應(yīng)乙烯信號的AP2同源基因SvAIL6及乙烯信號響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ERF上調(diào)表達;抑制雄蕊生長的如SvRPN10、SvFDX3、SvSAUR、SvGID1B等上調(diào)表達;SvJMJD6、SvAK7、SvGAMMACA1,SvSPL6、SvSPL13B、SvSPL2及2個沒有注釋但差異顯著表達的基因Unigene37566_All、Unigene44817_All上調(diào)表達。這些結(jié)果暗示了線粒體編碼基因、組蛋白甲基化及miRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在蒿柳性別決定中均可能具有重要作用,有必要對這些基因作進一步深入研究。
【學(xué)位單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S793.9;Q943.2
【部分圖文】：

1995; Charlesworth & Guttman, 1999)，染色單體上兩個色體進化的關(guān)鍵事件，一旦重組被抑制，性別決定區(qū)（SDR其他重復(fù)序列，染色體逐漸異化，最終形成形態(tài)各異的性染體性別決定類型：XY、ZW 和 UV（bachtrog et al., 2011），雖，但具有性染色體的植物僅 25 科 70 多種（孟金陵, 1995; M 類型為雄異配型，雄株（XY），雌株（XX），如白麥瓶草（Sileciao leracea)、大麻(Cannobis sativa )、桑樹（Morus L)、楊(Populous tomentosa Carr.)、蛇麻(Humulus lspulus）、女婁菜于這一類型。ZW 類型為雌異配型，雌株為 ZW 型，雄株為elatior)、大果草莓(F．gradiflora) 、毛果楊（P. Trichocarpa 2011; Shibata et al., 1999）。

技術(shù)路線圖

旬，落葉期為 10 月上中旬，10 月下旬進入休眠。雌、雄植株間物候期略有不同，雄株比雌株物候期早 5-7 d，但進入休眠期的時間基本一致。2.2.2 賽罕烏拉自然保護區(qū) 2015 和 2016 溫度年變化根據(jù) 2015（圖 2-1A）和 2016 年（圖 2-1B）賽罕烏拉自然保護區(qū)的日溫度變化結(jié)合蒿柳物候記錄，春季，蒿柳一般在日最高溫為5 ℃左右時開始萌動，具體時間在3 月中旬，4 月上旬，日最高溫達到10 ℃時開花。秋季，日最低溫度至10 ℃時，新梢停長并封頂，具體時間為8 月中下旬；低于5 ℃時落葉，并逐漸進入休眠狀態(tài)。根據(jù)蒿柳物候及年溫度變化，賽罕烏拉地區(qū)蒿柳新梢伸長生長時間集中在4 月下旬至8 月中下旬，共100-120 d。A
【參考文獻】

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本文編號：2881262