發(fā)布時間：2020-11-13 07:10

　　 土壤鹽分是嚴重限制植物生長以及全球大部分地區(qū)作物生產(chǎn)力的非生物因素。植物對環(huán)境脅迫的適應(yīng)是一個緩慢的過程,而對土壤鹽度的研究是一個復(fù)雜的過程,因此有必要關(guān)注植物的環(huán)境響應(yīng)。高羊茅(Festuca arundinacea)作為世界上重要的冷季草坪草之一,在用作飼料鹽漬土方面具有極高的潛力。此外,高羊茅草坪可以提高土地利用率并減少土壤侵蝕,從而有助于環(huán)境保護,娛樂休閑和提高美學(xué)價值。然而,土壤鹽漬化的增加限制了高羊茅種植及其生產(chǎn)力。這是至關(guān)重要的,因為對于具有優(yōu)異耐鹽性的基因型的選擇和育種的不同高羊茅基因型的評估尚未完全探索。因此,為了便于耐鹽高羊茅的鑒定,選擇和育種,我們使用99個SSR標記以及五種功能表型特征(即葉片含水量、草皮質(zhì)量、蒸散率、相對生長率和葉綠素含量),評估了來自全球不同地區(qū)的多種高羊茅種群。在整個種群中存在顯著的加入-處理效果,具有相似的鹽濃度水平。五種功能性狀表現(xiàn)出高羊茅的高度多樣性和顯著的相互關(guān)系。小組中檢測到兩個種群。SSR與功能性生理特征之間的關(guān)聯(lián)映射鑒定了總共1024個等位基因標記,其中大多數(shù)與五個性狀具有顯著關(guān)聯(lián)。一些等位基因標記與一種以上的特征相關(guān)。然后我們根據(jù)耐受水平對植物進行排序,并根據(jù)性能評估獲得最耐受和最敏感的種質(zhì)。原則上,關(guān)聯(lián)作圖研究不僅為具有優(yōu)異耐鹽性的基因型提供選擇和繁殖基礎(chǔ),而且為后續(xù)的分子研究奠定了基礎(chǔ)。缺乏高羊茅全基因組序列有利于轉(zhuǎn)錄組在對鹽脅迫的潛在分子反應(yīng)的研究中進行深入了解。在這里,我們使用鑒定的耐鹽高羊茅加入'Puregold'進行全面的轉(zhuǎn)錄組分析。組裝后,獲得unigenes及其各種特性。隨后將unigenes與7個功能注釋數(shù)據(jù)庫對齊,將其分為各種類別,包括可能在耐鹽性中起重要作用的類別。此外,檢測編碼DNA序列以及分布在unigenes中的SSR和SNP。還預(yù)測了關(guān)鍵的TF,其中大多數(shù)屬于耐鹽家族。植物激素作為關(guān)鍵分子,可以在壓力環(huán)境條件下促進植物生長、提高作物生產(chǎn)力。在鹽脅迫下對不同高羊茅的加入進行了描述后,我們還研究了新型激素多效唑?qū)Ω哐蛎┠望}性的作用。我們觀察到多效唑引發(fā)耐鹽基因的上調(diào),通過提高葉片含水量、滲透調(diào)節(jié)以及生物量和光合能力來促進耐鹽性。然后,我們根據(jù)我們的結(jié)果以及前人的文獻,回顧并提出了高羊茅耐鹽性的總結(jié)模型。最后,作為最重要的暖季型草坪草,我們還分析了 microRNA對狗牙根耐鹽性的作用。微小RNA不僅在各種生物過程中發(fā)揮著重要作用,而且還增強了植物對環(huán)境脅迫的抵抗力。正如觀察到更高的K+/Na+比率,更高的膜完整性以及在鹽脅迫下更高的水分利用率一樣,在這里,功能生理特征的量化揭示了百慕大品種'43'('C43')比品種'198'('C198耐鹽。為了理解轉(zhuǎn)錄后鹽脅迫響應(yīng),使用RNA測序構(gòu)建四個狗牙根smallRNA文庫,即C43_salt,C198_salt,C43_control和C198_control。共表達146個miRNA,屬于17個保守家系,12個非保守家族和新序列。此外,在4個文庫中差異表達536個miRNA,并且在鹽脅迫誘導(dǎo)下,'C43'比' C198下調(diào)了'更多的miRNA。差異表達的miRNA靶向1891個基因,其中584個基因本體術(shù)語注釋。注釋到代謝過程、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、DNA模板、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脂質(zhì)代謝、細胞周期、氧化還原過程和蛋白質(zhì)結(jié)合的基因高度富集。還富集了轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物,其中關(guān)鍵鹽響應(yīng)和生長相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及其同源miRNA在C43與C198鹽方案中下調(diào)。通過實時qPCR驗證miRNA及其靶標的表達模式,這與測序結(jié)果一致。我們的研究結(jié)果為miRNA在貝氏乳桿菌細胞分裂和特化發(fā)生的根尖的潛在鹽響應(yīng)調(diào)節(jié)作用提供了新的見解。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院武漢植物園)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S688.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background
    1.2 Problem statement
    1.3 Justification
    1.4 General objectives
    1.5 Literature review
        1.5.1 Soil salinity
        1.5.2 Effects of salinity on plants
        1.5.3 Why study tall fescue and bermudagrass?
    1.6 Recent advancements in Studying plant salinity stress
        1.6.1 Association mapping using molecular markers
        1.6.2 Plant transcriptomics
        1.6.3 Exogeneous plant growth regulators
        1.6.4 MicroRNAs and their target genes
Chapter 2 Materials and Methods
    2.1 Collection of tall fescue plant materials for screening
        2.1.1 Salt treatment
        2.1.2 Measurement of functional phenotypic traits
        2.1.3 DNA isolation and SSR analysis
        2.1.4 Population structure analysis
        2.1.5 Association mapping
        2.1.6 Ranking of most tolerant and sensitive accessions
    2.2 Selection of most tolerant cultivar for transcriptome analysis
        2.2.1 Temporal salt treatment
        2.2.2 Total RNA Extraction,Library Construction,Sequencing,and analysis
    2.3 Hormonal treatment
        2.3.1 Quantification of functional physiological parameters
        2.3.2 Ion accumulation and membrane integrity
        2.3.3 Chlorophyll content and Photosystem Ⅱ determination
        2.3.4 Gene regulation level
    2.4 MicroRNA in bermudagrass root growth bermudagrass
        2.4.1 Distinction of tolerant and sensitive cultivars
        2.4.2 RNA extraction,sequencing,and small RNA library construction
        2.4.3 small RNA data processing
        2.4.4 Detection of known and novel miRNAs
        2.4.5 Analysis of differentially expressed miRNAs（DEM）and prediction of their targets
        2.4.6 Validation of the miRNA and their targets by real-time qPCR
Chapter 3 Results
    3.1 Association analysis of tall fescue
        3.1.1 Salinity-accession effect
        3.1.3 Functional physiological traits
        3.1.4 There were distinct population groups within the panel
        3.1.5 Population structure
        3.1.6 There was significant marker-trait association within the population
        3.1.7 There was differential ion accumulation across the panel
    3.2 Transcriptome analysis
        3.2.1 There is a temporal difference in transcript level
        3.2.2 De Novo Assembly and Unigene Annotation
        3.2.3 Unigene functional annotation
        3.2.4 Unigene's TFs,and Unigene's Coding DNA Sequence Forecast
        3.2.5 Identified Unigene's SSR and SNPs
        3.2.6 Differential gene expression and distribution in samples
        3.2.7 Differential protein interaction
        3.2.8 qPCR Validation of the results
    3.3 Role of paclobutrazol
        3.3.1 Effect of paclobutrazol on RWC and chlorophyll content
        3.3.2 Compatible solutes analysis
        3.3.3 Chlorophyll content and photosystem Ⅱ
        3.3.4 Salt damage level determination
        3.3.5 Gene expression level
    3.4 Reviewed summary and our proposed mechanism
    3.5 Role of miRNA
        3.5.1 Distinction of salt tolerant and sensitive bermudagrass cultivars
        3.5.2 Small RNA filtering
        3.5.3 Identification of known and predicted miRNAs
        3.5.4 Identification of differentially expressed miRNAs
        3.5.5 Target identification and GO-based classification
        3.5.6 Real-time qPCR validation of miRNA and their target
Chapter 4 Discussion
    4.1 SSRs and functional traits are reliable for ranking tall fescue salt tolerance level
    4.2 Transcriptome data:resourceful for tall fescue breeding
        4.2.1 Chaperonins and Rubisco proteins may play role tall fescue salt tolerance
    4.3 Paclobutrol ameliorates negative effects of salt stress on tall fescue
    4.4 Co-downregualtion of salt-responsive and root growth miRNAs may promotebermudagrass salt tolerance
Chapter 5 Conclusion and future prospect
References
Additional files
Acknowledgements
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本文編號：2881901