陸地棉野生種系基于轉錄組與代謝組學抗旱分子機制研究.pdf

1、棉花是我國重要經(jīng)濟作物，其種植區(qū)域多為干旱地區(qū)。干旱對棉花的生長發(fā)育造成嚴重影響，最終導致棉花的質(zhì)量下降，產(chǎn)量減少。陸地棉野生種系是陸地棉野生類型，具有抗旱、纖維品質(zhì)高等優(yōu)良性狀。本研究使用PEG6000對32份棉花材料進行模擬抗旱性鑒定，通過對干旱抗感材料進行轉錄組測序和代謝組分析，研究半野生棉干旱脅迫響應機制。
　　1通過PEG6000水培下處理不同棉花幼苗，在3片真葉期對32份材料進行抗旱性鑒定，通過表型觀察發(fā)現(xiàn)24h干旱脅

2、迫后表型變化能夠作為區(qū)分材料抗旱強弱的指標。測量其莖干重、主根長、根干重作為抗旱性指標，能夠反應棉花不同材料的抗旱性。通過多次鑒定試驗，篩選出抗旱材料瑪利加郎特棉85、瑪利加郎特棉46、闊葉棉1790干旱敏感材料闊葉棉40、闊葉棉186、尖斑棉23。其中瑪利加郎特棉85為干旱高抗材料、闊葉棉40為干旱敏感材料。
　　2對陸地棉野生種系抗干旱材料瑪利加郎特棉85、干旱敏感闊葉棉40以及陸地棉中棉所12作為對照進行處理后進行轉錄組測序

3、，得到266×109clean reads，比對后得到64617個基因。對不同時間點差異基因分析，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫上調(diào)基因明顯多于下調(diào)基因，表明棉花主要通過正調(diào)控響應干旱脅迫。對不同組織差異表達基因分析以及不同通路差異表達基因分析，表明不同組織響應干旱機制不同。通過GO和KEGG功能富集分析，表明黃酮類物質(zhì)、谷胱甘肽、抗壞血酸、萜類等抗氧化物質(zhì)相關代謝通路在干旱脅迫下起到關鍵作用。
　　3對陸地棉野生種系抗干旱材料瑪利加郎特棉85、干

4、旱敏感闊葉棉40以及陸地棉中棉所12進行代謝組分析，共檢測到762種代謝產(chǎn)物，其中包括24種黃酮類化合物、4種萜類、70種氨基酸衍生物。對代謝物表達量分析，干旱脅迫48h葉片代謝物表達量上升數(shù)量顯著高于下降數(shù)量，根部下降數(shù)量高于上升數(shù)量，表明不同組織響應干旱脅迫差異性。通過對根部谷胱甘肽代謝通路進行轉錄組和代謝組分析，表明谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、y-谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷胱甘肽合成酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酰轉肽酶、抗壞血酸

5、還原酶等相關基因以及還原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、L-半胱氨酸、L-谷氨酸、L-抗壞血酸等代謝物在干旱脅迫下起重要作用。對黃酮類合成進行關聯(lián)分析，表明代謝物質(zhì)綠原酸、花青素、二氫楊梅素、圣草酚、木犀草素、柚皮素查耳酮、柚皮素、山奈酚、兒茶素、楊梅素、高圣草酚等以及與查耳酮合酶、反式肉桂酸酯4-單加氧酶、查耳酮異構酶、咖啡酰輔酶A、氧-甲基轉移酶、類黃酮3'-單加氧酶、黃酮醇合酶等相關基因表達在干旱脅迫下起重要作用