杂花苜蓿对低温胁迫的生理响应及转录组学分析

作     者：郝新艳 

作者单位：内蒙古农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：米福贵

授予年度：2023年

学科分类：090503[农学-草业科学] 0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：杂花苜蓿 低温胁迫 生理指标 转录组测序 加权共表达网络 

摘      要：杂花苜蓿(Medicago varia)是苜蓿属中重要的抗性基因资源。“草原3号杂花苜蓿(M.varia Martin.cv.Caoyuan No.3)高产优质,具有抗寒、抗旱、适应性强等优点,在内蒙古及其毗邻省区种植利用范围较广,已成为区域内助推草产业发展的优良当家苜蓿品种及草地畜牧业的重要物质基础。与所有苜蓿品种的情况类似,杂花苜蓿的推广种植也面临寒冷和干旱两大限制因子,特别是低温胁迫不仅影响苜蓿的饲草产量与品质,还严重制约苜蓿的生存及地理分布。本文以抗寒品种“草原3号杂花苜蓿为试验材料,采用理化分析测试方法和转录组学技术,对不同程度低温处理下的幼苗生理指标以及转录水平中差异表达基因进行了初步分析,在此基础上运用加权共表达网络分析方法探究杂花苜蓿响应低温胁迫的分子机理,旨在为明晰杂花苜蓿抗寒理化和分子机理、培育抗性品种提供理论依据。主要结论如下:(1)杂花苜蓿幼苗在不同低温胁迫处理下丙二醛含量和相对电导率均随胁迫温度降低呈逐渐增加趋势,并在-8℃时达到最高值。超氧化物歧化酶随胁迫温度降低而降低;过氧化氢酶、过氧化物酶活性在胁迫处理6 h后达到最低值,随后呈先降低后增加趋势。可溶性蛋白含量随胁迫程度加剧显著降低;游离脯氨酸含量呈先升高后降低趋势;可溶性糖含量先降低后升高,在6 h时达到最低值,叶绿素含量在处理6 h时达到最高值。(2)以紫花苜蓿参考基因组与转录组数据比对,共比对到164632个基因。对其中的差异表达基因进行GO、KEGG功能注释及富集分析,杂花苜蓿可通过肌醇分解代谢过程、糖原分解代谢过程等途径响应低温胁迫。转录因子中,ERF家族含有的DEGs数量最多,AP2及ERF转录因子几乎参与杂花苜蓿各处理阶段的低温应答。(3)差异表达基因与生理指标相关联,构建加权基因共表达网络,鉴定出“MEbrown为关键基因模块。对“MEbrown中的差异表达基因进行GO、KEGG功能富集分析,挑选出2条关键通路。其中在“植物激素信号转导通路中,Aux/IAA、GH3、ETR、TCH4、MYC2等基因的表达量均为上调;“植物-病原菌互作通路中,CML、WRKY33、CTSF等基因均为上调表达。杂花苜蓿对低温胁迫的响应是一个复杂的生物学过程。论文仅从生理指标变化及转录调控层面对幼苗低温应答进行了初步探索。今后需结合植株生长发育表现进一步深入研究,以挖掘更多抗寒基因资源,为培育抗寒新品种提供依据与参考。