發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 13:30

　　 柳枝稷是多年生暖季型牧草,因其高生物量和可持續(xù)生產(chǎn)能力,被認(rèn)為是一種理想的模式能源植物之一。我國耕地面積有限,為了不與糧爭地,柳枝稷經(jīng)常被種植在貧瘠的邊際土地上,嚴(yán)重影響其生長發(fā)育與生物量積累。bZIP轉(zhuǎn)錄因子在許多生物和非生物脅迫的響應(yīng)中起關(guān)鍵作用,對柳枝稷進(jìn)行全基因組分析并挖掘抗逆性相關(guān)的bZIP基因具有重要意義。柳枝稷種子細(xì)小,幼苗建植困難,是其推廣應(yīng)用的限制因素之一。因此,本試驗(yàn)通過對柳枝稷bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族進(jìn)行全基因組鑒定和分析,挖掘大量與和生長發(fā)育及脅迫相關(guān)的基因;同時(shí)對bZIP家族中抗逆性相關(guān)的PvbZIP8基因進(jìn)行克隆和表達(dá)分析,初步確定了該基因的生物學(xué)功能。通過測定三個(gè)柳枝稷品系多個(gè)農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo),初步確定柳枝稷在陜西關(guān)中地區(qū)及同緯度下適宜的播種日期和溫度條件。主要研究結(jié)果如下:1、對柳枝稷bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族進(jìn)行了鑒定和分析本研究鑒定和分析了178個(gè)PvbZIP基因,這些基因不均勻分布在18條染色體上。進(jìn)化分析表明,柳枝稷PvbZIP分為10個(gè)亞家族;基因結(jié)構(gòu)和保守基序分析表明,同一亞家族成員具有相似的內(nèi)含子-外顯子模型和結(jié)構(gòu)域組成。系統(tǒng)發(fā)育分析和共線性分析鑒定了70個(gè)水稻bZIP基因和111個(gè)柳枝稷bZIP基因具有直系同源關(guān)系。在組織特異性表達(dá)分析和參與應(yīng)激反應(yīng)基因表達(dá)圖譜中發(fā)現(xiàn),柳枝稷PvbZIPs在不同組織或發(fā)育階段具有不同的表達(dá)模式;在熱脅迫下16個(gè)基因顯著下調(diào),5個(gè)基因顯著上調(diào)。通過qRT-PCR發(fā)現(xiàn),9個(gè)PvbZIP基因在干旱、鹽、高溫和低溫等非生物脅迫下表達(dá)水平發(fā)生顯著變化。在全基因組水平上鑒定和分析了178個(gè)PvbZIP成員。2、克隆獲得了柳枝稷PvbZIP8基因并對其進(jìn)行了表達(dá)分析克隆了PvbZIP8基因,其開放閱讀框長度為468bp,編碼155個(gè)氨基酸,分子式為C_(761)H_(1248)N_(24)O_(23)S_8,分子量為17.81kDa,為親水性蛋白。系統(tǒng)進(jìn)化分析表明該蛋白與哈氏黍、谷子和糜子相似性較高,并且具有典型的bZIP保守結(jié)構(gòu)域,屬于bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族成員。定量PCR結(jié)果顯示,PvbZIP8基因在鹽、干旱、高溫和低溫脅迫下上調(diào)表達(dá),在柳枝稷抗逆過程中發(fā)生作用。組織特異性表達(dá)分析表明,PvbZIP8在多個(gè)組織或器官均有表達(dá),其中在根、莖、葉中表達(dá)量較高。3、研究了在陜西關(guān)中地區(qū)不同播期和溫度對柳枝稷幼苗生長發(fā)育的影響在6組播期試驗(yàn)中,陜西關(guān)中地區(qū)2017年5月24日種植的柳枝稷出苗率最高,出苗后30天,5月24日播種的柳枝稷株高顯著高于其它組,5月10日播種的柳枝稷干重值最大,根冠比值隨著播期的延后有逐漸遞減的趨勢,5月24日播種的柳枝稷葉綠素含量最大,3月25日播種的柳枝稷根系活力值最高;出苗后60天的取材中,4月24日播種的柳枝稷株高值和干重值分別達(dá)到最大,根冠比值隨著播期的延后有逐漸上升的趨勢,4月24日種植的柳枝稷葉綠素含量值增大較為明顯,3月25日、4月10日和4月24日種植的柳枝稷的根系活力值顯著高于5月10日、5月24日和6月11日;在4組溫度的試驗(yàn)中,出苗率隨著溫度的升高有逐漸上升的趨勢,25℃處理下的株高和干重大致呈現(xiàn)出較大值,根冠比值和根系活力值隨著溫度的升高有逐漸下降的趨勢,葉綠素含量沒有明顯差異。綜合分析,柳枝稷在25℃下的生長發(fā)育更加良好,4月24日前后是柳枝稷在陜西關(guān)中地區(qū)較為適宜的播種日期。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S578
【部分圖文】：

15圖 2-2 通過柳枝稷 178 個(gè) bZIP 蛋白、擬南芥 73 個(gè) bZIP 蛋白和水稻 89 個(gè) bZIP 蛋白構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹（1000 bootstrap）。所有 bZIP 蛋白質(zhì)分為 10 個(gè)亞家族（A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I，S）。Fig. 2-2 Atotal of 178 bZIPs from switchgrass , 73 bZIPs fromArabidopsis and 89 bZIPs fromrice were used to construct the NJ tree with 1000 bootstrap. All of the bZIP proteins are grouped into 10subgroups (A,B,C,D,E,F,G,H,I,S).另外，柳枝稷中 178 個(gè) bZIP 基因通過多重比對構(gòu)建另外一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)化樹。與柳枝稷、擬南芥和水稻的進(jìn)化樹相似之處是這 178 條 bZIP 基因也被分為 10 個(gè)亞家族，命名為 A 到 I 和 S。其中 D 亞組包含最多數(shù)量的 bZIP 基因，其次是 A 組和 S 組；H亞組中的 bZIP 基因最少。結(jié)果表明，柳枝稷 bZIP 家族中不同的亞家族可能具有不同的基因功能。

最多的染色體出現(xiàn)在9N上，共有18個(gè)bZIP基因；染色體7K和7N上分別有3個(gè)和2個(gè)bZIP基因（圖2-3）�；�因家族中串聯(lián)重復(fù)和階段性復(fù)制事件在基因表達(dá)和功能分化上發(fā)揮重要的作用。如圖2-4所示，一些在同一染色體上分布很近的PvbZIP基因?qū)�具有相似的基因結(jié)構(gòu)和很近的進(jìn)化關(guān)系。例如，染色體9K中串聯(lián)重復(fù)的PvbZIP147 / PvbZIP153和染色體9N中的PvbZIP163 / PvbZIP171。將基因組中的重復(fù)區(qū)段與所有PvbZIP基因的染色體位置進(jìn)行比較，超過120個(gè)PvbZIP基因?qū)θ缥挥诓煌�染色體的PvbZIP3 / PvbZIP15，PvbZIP88 / PvbZIP95和PvbZIP152 / PvbZIP169被發(fā)現(xiàn)是節(jié)段性重復(fù)�？偟膩碚f，PvbZIP基因的擴(kuò)增可能與節(jié)段和串聯(lián)基因重復(fù)有關(guān)，進(jìn)一步來說，大多數(shù)PvbZIPs來源于節(jié)段性重復(fù)而非串聯(lián)重復(fù)。一般來說，ka / ks> 1 表示歧化選擇

水稻是單子葉植物中研究最廣泛的植物之一，并且有一些基因已經(jīng)進(jìn)行功能注釋分析，因此通過柳枝稷和水稻中bZIP蛋白進(jìn)行共線性分析有助于同源比較�？偣灿�70個(gè)水稻基因和111個(gè)柳枝稷基因鑒定為直系同源關(guān)系（圖2-5）。其中，有一個(gè)水稻基因?qū)��?yīng)多個(gè)柳枝稷基因或者一個(gè)柳枝稷基因?qū)��?yīng)多個(gè)水稻基因，比如：
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