Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 白沙蒿种子粘液性状的分子调控机制 | |
| 韩晓栩 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 白沙蒿(Artemisia sphaerocephala),菊科蒿属多年生半灌木,是我国西北干旱荒漠区流动和半固定沙地上重要的防风固沙植物之一,具有耐旱、抗风蚀、阻沙和固沙等特点。此外,白沙蒿种子富含粘液,是一种多糖物质,其具有重要的生理、生态和经济价值,但其形成的分子调控机制尚不清楚。本研究以白沙蒿7个不同发育时期的种子(花后10天、20天、30天、40天、50天、60天、70天)为材料,测定其长宽、重量及粘液含量,分析不同发育阶段种子粘液的积累模式;同时开展转录组测序及分析,通过加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)方法构建基因共表达网络,并构建种子粘液多糖生物合成途径,以探讨白沙蒿种子粘液形成的分子调控机制。主要结果如下:(1)白沙蒿种子长、宽和重量在花后10-60天呈持续增长趋势,花后70天有所下降。花后10-30天为种子粘液快速积累期,种子粘液含量从0快速增加至种子干重的49.42%,花后30-70天种子粘液无显著增加。成熟种子粘液含量为39.81%,其中,葡萄糖(34.79%)、木糖(17.17%)、半乳糖(13.86%)、阿拉伯糖(11.14%)和甘露糖(10.50%)为主要单糖组分。(2)通过转录组测序数据,筛选出1,297个粘液形成基因。成功构建白沙蒿种子粘液基因共表达网络,并鉴定到其中的关键模块。关键模块中的基因数量前10的途径中,8个途径属于碳水化合物代谢和糖的生物合成和代谢,表明二者为调控白沙蒿种子粘液形成的主要代谢途径。(3)初步揭示白沙蒿种子粘液形成的分子调控网络。转录因子在调控粘液形成过程中起核心作用,共获得21个关键调控基因,包括1个KNOTTED ILIKE HOMEODOMAIN 7(KNAT7)基因、1个TRANSPARENT TESTA GLABRA 1(TTG1)基因、NAC-REGULATED SEED MORPHOLOGY2/NAM(NARS2/NAM)基因家族中的17个基因和APETALA2(AP2)基因家族中的2个基因。S1~S3期,AsNAM具有最高表达水平,其峰值为802.35;S4~S7期,其表达水平显著下降,S4的表达水平仅为S1的7.55%。AsAP2表达趋势与AsNAM类似,S4的表达水平仅为S1的11.22%。S6和S7期,AsTTG1表达水平有所升高,分别为S5的2.01和1.53倍,其上调促进AsKNAT7表达水平上调为S5的2.26和1.51倍。上述结果表明,花后10-30天,AsNAM和AsAP2共同促进粘液形成;花后30-70天,AsNAM和AsAP2的促进作用减弱,并且可能通过AsTTG1促进AsKNAT7上调表达,从而对粘液形成有所抑制,上述两方面作用共同致使花后30-70天粘液积累速率显著降低。(4)构建白沙蒿种子粘液合成途径,并揭示白沙蒿种子粘液多糖组分合成的分子调控机制。尿苷二磷酸-葡萄糖(UDP-Glc)的上游基因葡萄糖磷酸变位酶基因(Phosphoglucomutase,PGM)和尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因(Uridine diphosphate glucose pyrophosphorylase,UGPase)高度表达,其表达水平峰值分别为290.28和617.08,而UDP-Glc的下游基因尿苷二磷酸-葡萄糖-4-差向异构酶基因(UDP-glucose-4-epimerase,GALE)、尿苷二磷酸-葡萄糖脱氢酶基因(UDP-glucose 6-dehydrogenase,UGDH)和尿苷二磷酸-葡萄糖-4,6-脱氢酶基因(UDP-glucose 4,6-dehydratase,RHM)的表达水平峰值分别仅为281.22、182.62和125.01。表明高表达的PGM、UGPase和低表达的GALE、UGDH、RHM导致UDP-Glc积累。尿苷二磷酸-木糖(UDP-Xyl)的上游基因尿苷二磷酸-木糖合成酶基因(UDP-apiose/xylose synthase,AXS)的表达水平峰值为447.38,UDP-Xyl的下游基因尿苷二磷酸-阿拉伯糖-4-差向异构酶基因(UDP-arabinose4-epimerase,UXE)的表达水平峰值仅为152.56。表明高表达的AXS和低表达的UXE导致UDP-Xyl积累。本研究有助于加深理解白沙蒿种子粘液性状的分子调控机制,同时为种子粘液相关基因在遗传育种中的应用奠定基础。 |
| 中文关键词 | 白沙蒿 ; 种子发育 ; 粘液 ; 转录组 ; WGCNA |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S793.9 |
| 来源机构 | 兰州大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/338306 |
| 作者单位 | 兰州大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩晓栩. 白沙蒿种子粘液性状的分子调控机制[D]. 兰州大学,2020. |
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