荫蔽胁迫对大豆苗期茎秆木质素合成的影响

作     者：任梦露 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘卫国

授予年度：2017年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：大豆 套作 荫蔽胁迫 茎秆 转录组 木质素 

摘      要：木质素对维持茎秆机械强度和抵御不良环境具有重要作用。近年来,在我国西南地区,玉米-大豆带状套作迅速发展,其种植技术体系日趋成熟,对当地农业增产和农民增收作出重要贡献,如今更是列为国家农业重点推广技术。但在该模式下由于玉米对大豆的遮荫导致大豆茎秆伸长变细,木质素含量降低,易倒伏,严重制约了大豆的高产优质。因此,本研究通过模拟荫蔽环境,采用耐荫性不同的大豆材料南豆12和南032-4,对大豆茎秆进行转录组测序,探索大豆茎杆响应荫蔽胁迫的分子基础,并从中筛选部分参与木质素合成的关键基因,结合木质素合成过程中代谢产物,研究荫蔽胁迫对大豆茎杆木质素合成途径的影响。研究结果如下:1.荫蔽条件下,南豆12和南032-4分别有287个和110个差异转录基因,皆以上调为主。对于基因功能注释,南032-4和南豆12共有的60个差异转录基因,其中获得功能注释的基因数为42个,未找到匹配信息的基因数为18个,此外,对南032-4和南豆12特有的差异转录基因这2种注释情况占比分别为44.0%、56.0%和75.3%、24.7%。2.荫蔽条件下,南032-4和南豆12差异转录基因中获得显著性GO富集的条目分别有189个和263个,共有98个显著性GO富集的条目。南032-4特有的显著性GO富集条目的生物过程、细胞组成和分子功能分别有55、2和34个;南豆12特有的显著性GO富集条目的三个过程分别有107、6和52个。此外,南032-4和南豆12共有98个显著性GO富集条目,其生物过程、细胞组成和分子功能分别占比58.2%、11.2%和30.6%。荫蔽条件下,南032-4和南豆12分别具有111个和129个极显著富集条目,共有52个极显著的富集条目,主要涉及次生细胞壁的生物起源、多糖的合成、钙调素结合、水解酶活性和木质素生物合成过程等。南032-4特有59个极显著的富集条目,主要涉及茉莉酸、乙烯、赤霉素等相关代谢;南豆12特有77个极显著的富集条目,主要涉及对生长素的响应及细胞壁相关多糖的合成,尤其是木质素合成。这些富集条目下除了响应次霉素代谢的基因下调外,其他皆上调,且Nandou 12表现出更多的差异表达基因。3.荫蔽条件下,南032-4有2条显著性KEGG富集,分别是黄酮和黄酮醇生物合成、半乳糖代谢;南豆12共有24条KEGG富集,主要涉及苯丙烷合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、植物雌激素信号通路、磷脂酰肌醇3信号通路、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、次生代谢产物的生物合成、内质网蛋白加工)、碳代谢、代谢途径等。4.对于大豆茎秆形态而言,与正常光照相比,荫蔽处理显著增加了大豆株高和节间长,降低了茎粗。荫蔽条件下,南豆12的节间长较南032-4降低,茎粗增加,而株高差异不显著。之于茎秆中木质素含量,荫蔽处理显著降低了大豆茎秆木质素的含量,南豆12和南032-4分别显著降低13.8%、9.75%。正常光照和荫蔽条件下,南豆12木质素含量较南032-4分别显著增加11.20%、9.61%。光环境与品种的交互作用对大豆茎秆木质素含量影响显著。5.与正常光照相比,荫蔽条件下Nandou12茎秆中C3H、CCR、CCoAOMT、POD、PAL、4CZ、C4H、CAD、COMT、LAC所有基因皆下调,Nan 032-4茎秆中只有C3H,CCR,CCoAOMT和POD下调。随荫蔽时间的推移,南豆12几乎所有基因较南032-4更早出现较大差异表达,当荫蔽处理8.5小时时所有基因皆出现显著性差异表达。光环境和品种的交互作用对PAL,C4H,C3H,4CL,COMT,CCR,CAD,LAC八个基因影响极显著。因此,荫蔽条件下大豆茎秆C3H,CCR,CCoAOMT和POD基因是影响木质素合成的关键基因。6.与正常光照相比,荫蔽处理显著增加了肉桂酸、对香豆酸的含量,降低了咖啡酸、阿魏酸、芥子酸的含量,其中,南豆12肉桂酸、对香豆酸分别显著增加7.72%、96.39%,咖啡酸、阿魏酸、芥子酸的含量分别显著降低30.04%,20.11%,20.24%,而南032-4分别显著增加23.99%、21.21%,分别显著降低10.7%,24.13%,24.04%。在荫蔽条件下,南豆12芥子酸、对香豆酸、阿魏酸较南032-4显著增加。