茶树ABA信号转导家族基因鉴定及功能分析

作     者：李梦霜 

作者单位：安徽农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈琪

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 090203[农学-茶学] 0902[农学-园艺学] 

主      题：ABA CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s 调节机制 酵母双杂 

摘      要：ABA是一种天然的、植物自身合成的关键激素,广泛存在于高等植物的各组织器官中,参与调控植物生长发育的各个方面,包括:种子的休眠,幼苗的生长,叶片的衰老等。同时,ABA也是一种抗胁迫激素,响应各种胁迫,如:干旱,盐碱,低温冷害等。茶树作为我国重要的园艺作物之一,是多年生喜温喜湿常绿植物,耐旱性较弱。干旱缺水对茶树的正常生长及茶叶产量、品质有严重的影响。且随着世界气候的逐渐恶劣,这一问题愈发严重。因此耐旱茶树品种的培育是应对干旱胁迫最主要的措施之一。但茶树抗逆机制的研究还处于初步阶段,对于茶树抗逆相关基因的了解和认识还较少。本论文通过研究茶树ABA信号转导系统PYL、PP2CA、Sn RK2基因家族的组织分布、在逆境胁迫中的表达模式、蛋白水平之间的互作关系来解析茶树ABA信号转导通路,为茶树抗旱机制的研究提供分子水平依据,为寻找筛选抗旱品种提供依据,具有重要的理论与实践意义。本文基于茶树基因组数据库TPIA,对茶树中的ABA受体及信号转导系统,PYR/PYL/RCAR、PP2CA、Sn RK2家族成员进行了鉴定,其中CsPYLs基因家族有3个成员（CsPYL11-13）存在缺失,被认为是假基因。分析了CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s三个基因家族的基本结构以及在不同组织器官、多种非生物胁迫（干旱、盐碱、低温冷害）下的表达模式;利用q RT-PCR检测了干旱处理下,不同茶树品种CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s基因家族的表达变化;分析了外源ABA处理对茶苗中CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s影响并根据此结果建立茶树ABA信号转导路线图,对部分基因进行了克隆,利用酵母双杂交技术检测CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s家族蛋白的互作情况,初步探究了ABA信号在茶树内的转导过程。主要研究结果如下:1)利用茶树基因组数据库,鉴定出了15个茶树CsPYLs基因,8个茶树CsPP2CAs基因,8个茶树CsSnRK2s基因,分别命名为CsPYL 1-15,CsPP2CA1-8,CsSn RK2.1-8。根据基因结构与系统进化树分析,CsPYLs划分为3组,CsPP2CAs划分为2组,CsSnRK2s划分为3组。三个家族在不同组织器官均有表达,且表现出差异性。CsPYLs家族中CsPYL4在成熟叶及根茎中表达量高,CsPYL5在嫩叶及花中表达量较高,而CsPYL9在种子中表达量较高;CsPYL1-2,14-15在所有组织器官中表达量都低。CsPP2CAs家族中,CsPP2CA3在根中表达量较高,CsPP2CA8在地上部位表达量较高,CsPP2CA4在所有组织器官中表达量都较高;CsSnRK2s家族中,CsSn RK2.3在所有组织器官中表达量都较高,CsSn RK2.8在叶部表达量较高。2)CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s三个家族对干旱、盐碱和低温胁迫的响应具有多样性。在干旱胁迫下,CsPYL家族的基因表达呈现不同的响应模式,其中CsPYL10,15呈现明显上调表达,CsPYL14明显下调表达;CsPP2CA家族整体均为上调表达,其中CsPP2CA1响应最为强烈;CsSn RK2家族则大多为下调表达。在盐碱胁迫下,三个家族均呈现不同的响应模式,CsPYL1,4-5,15呈现明显上调表达,CsPYL3、14明显下调表达;CsPP2CA家族只有CsPP2CA6呈现显著的下调表达,其他家族成员均不显著;CsSn RK2.5,6,8表现为下调表达。在低温胁迫下,CsPYL1呈现显著的上调表达,CsPYL4,5为下调表达;CsPP2CA5,6呈现上调表达;CsSnRK2s家族均不显著。3)干旱处理下,不同品种茶树的ABA信号转导家族CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2ss基因表达呈现不同的响应模式。其中干旱敏感型品种“软枝乌龙中,CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s三个家族的响应程度明显高于干旱耐受型品种“中茶108。说明不同茶树品种的耐旱分子机理呈现差异性。4)外源ABA处理下,CsPYLs/CsPP2CAs/CsSnRK2s表达呈现差异性,不同组织部位的表达也呈现不同表达模式。将根和叶两个组织器官在ABA处理0 h,0.5 h,2 h,6 h,24 h五个时间点的表达量进行相关性分析,根据相关性分析结果,绘制出三条茶树ABA依赖型信号转导途径。CsPYL4/CsPYL7/CsPYL9/CsPYL15—CsPP2CA2—CsSn RK2.8,CsPYL2/CsPYL3—CsPP2CA1—CsSn RK2.7/CsSn RK2.1和CsPYL6/CsPYL14—CsPP2CA8—CsSn RK2.6。5)将CsPYL4/CsPYL7/CsPYL9/CsPYL15—