密胡杨响应NaCl胁迫的解剖结构、生长生理特性及转录组与代谢组分析

作     者：刘莹 

作者单位：塔里木大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩占江

授予年度：2023年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 

主      题：密胡杨 NaCl处理 生长生理特性 解剖结构 转录组分析 代谢组分析 

摘      要：为了探究盐胁迫下密胡杨耐盐解剖结构特征、生理响应以及分子调控机制,本研究选用已在盐碱地推广种植的品种密胡杨为试验材料,以盆栽土壤基础含盐量0.49 g/kg作为对照(CK),另外设置200和400 mmol/L 2个Na Cl浓度梯度,共3个处理。在生长、生理响应基础上,对其进行转录组与代谢组分析。主要取得以下研究结果:1、盐胁迫条件下密胡杨根、茎、叶解剖结构发生与环境相适性的变化。在Na Cl处理条件下,密胡杨幼苗通过增加根次生韧皮部厚度、次生木质部厚度以及木质部导管孔径,茎皮层厚度、韧皮部厚度、木质部厚度以及髓直径和叶片厚度、栅栏组织厚度、栅海比以及叶片结构紧密度等结构参数来保持体内水分,进一步适应外界盐环境。2、NaCl处理条件下密胡杨幼苗的生长、生理特性发生显著变化,200 mmol/l Na Cl处理较CK显著提高了株高、地径、根长和生物量等生长参数,但平均叶面积较CK显著下降(P根茎,K含量分布总体表现为:叶茎根,Na/K总体表现为:根叶茎。3、在对密胡杨耐盐生长、生理特性以及解剖结构研究的基础上,对Na Cl处理后的密胡杨幼苗进行转录组学分析。以|log(fold change)|≥1,padj≤0.05作为筛选标准,在密胡杨根、茎、叶中总共鉴定出41617个差异表达基因,其中21603个差异表达基因上调,20014个差异表达基因下调。差异基因GO富集分析发现,密胡杨根、茎、叶中的差异基因主要富集在生物过程中的“细胞碳水化合物代谢过程和“细胞葡聚糖代谢过程,细胞组分中的“质外体和“细胞壁以及分子功能中的“水解酶活性以及“转移酶活性等。KEGG通路富集分析结果显示,差异表达基因主要富集在“碳代谢、“氨基酸的生物合成、“植物-病原互作等途径中。结合GO富集与KEGG富集分析结果,从根、茎、叶差异表达基因中筛选出“WRKY、NAC(NAM,ATAF1,2,CUC)、AP2/ERF、b ZIP转录因子家族的“LOC105131256、LOC105124563、LOC105129452、LOC105134637、LOC105112947等一些可能与密胡杨耐盐性相关的高表达侯选基因。这些基因参与了密胡杨对盐胁迫的应答反应。4、由于差异表达基因在密胡杨根、茎中高度表达,所以本试验选取密胡杨幼苗根、茎共18个样品,分为6组进行代谢组研究。基于UPLC-MS/MS检测平台和自建数据库在密胡杨根、茎中共检测到1298个代谢物。以FC2.0或FC1.0及T-test的P value0.05为筛选标准,在密胡杨根、茎中共筛选出差异代谢物583个,其中上调的有201个,下调的有251个。KEGG通路富集结果显示,密胡杨根、茎中的差异代谢物主要富集在“氨基酸的生物合成、“次生代谢物的生物合成、“ABC转运蛋白、“类黄酮的生物合成等代谢途径中。差异代谢物主要为氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、黄酮、有机酸、酚酸以及生物碱类物质,这些代谢产物可作为密胡杨耐盐特征代谢物。5、基于转录组代谢组联合分析,差异基因和差异代谢物共同富集到的通路主要为“氨基酸的生物合成、“碳代谢、“植物激素信号转导、“ABC转运蛋白以及“类黄酮生物合成等代谢途径,这些代谢途径与密胡杨耐盐性密切相关。筛选出与转录组学关联程度最强的10个基因分别为LOC105115394、LOC105128125、LOC105115927、LOC105134725、LOC105124002、LOC105122358、LOC105112769、LOC105110065、LOC105120036、LOC105129277。对转录组学影响较大的前10个代谢物质分别为黄苷、胞磷胆碱、鸟苷3’,5’-环单磷酸、尿苷5’-二磷酸、茉莉酰-