小麦苗期干旱、高温和旱热共胁迫转录表达谱及abd部分同源基因表达分化分析

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1、小麦苗期干旱、高温和旱热共胁迫转录表达谱及ABD部分同源基因表达分化分析第一章：文献综述1.1引言随着温室效应加剧，全球平均气温不断升高，极端高温天气频发，高温胁迫已成为小麦生产中的一个重要限制因素。高温胁迫是指环境温度超过植物能够耐受的程度从而对植物的生长发育造成不可逆转的影响。根据研究报道，高温能够引起小麦叶片萎蔫、生长势减弱、对病虫抗性降低、影响花的育性和籽粒发育，最终导致小麦产量下降，品质变劣。（orisonetal.,2007)?非气孔因素限制是指严重的干旱胁迫能导致参与光合作用酶的活性降低，例如干旱胁迫能严重降低植物光合作用C3途径中的关键酶核酮糖-1,5-二磷

2、酸羧化酶/加氧酶（Rubisco,Ribulosebisphosphatecarboxylaseoxygenase)和PEP羧化酶的活性，影响核酮糖-1，5-二磷酸(RuBP)的再生，导致光合速率降低(冯福生和葛东侠，1990;Tezaraetal.,1999;Parryetal.,2002)。高温胁迫对植物光合作用的破坏也非常严重。一方面，高温能够破坏叶绿体膜和类囊体膜的超微结构，降低叶绿素的合成（KumarTep;CharanTripathy,1998)；另一方面，高温导致的次生氧化胁迫能破坏叶绿素，加速其降解，从而导致了细胞中叶绿素含量降低，光合效率下降（张哲等,20

3、10)。位于叶绿体类囊体膜上的光合系统II(PhotosynthesisII,PSII)是光合系统中对高温最敏感的组分（Enamieta!.,1994;云建英等，2006)。有研究表明，中高温度对PSn活性的抑制是可逆的（Sharkey,2005)，而严重的高温能够导致外周天线色素的失活，天线色素和PSZhou,2005;107苗期叶片旱热胁迫转录表达谱分析研究表明，旱热共胁迫并不等同于单独干旱和高温胁迫的简单相加，这两种胁迫能够相互作用对植物造成更大的伤害，同时两种胁迫信号的互作也能够特异调控某些基因的表达和激活一些特殊代谢途径(Rizhskyetai,2004;Szuc

4、setal,2010)。随着基因芯片和高通量测序等组学技术的应用，已经有很多研究报道了小麦转录组对单独干旱、高温胁迫的响应，但目前为止在小麦中对旱热共胁迫响应的研究尚不深入。因此，我们以小麦抗旱耐热品种TAM107为材料，进行了1小时和6小时的干旱、高温和旱热共胁迫处理，并利用IlhiminaHiseq2000测序平台进行了高通量转录表达谱分析。2.1材料和方法2.1.1供试材料小麦耐热品种TAM107。2.1.2胁迫处理方法2.1.2.1种子消毒方法(1)将TAM107的种子先用无菌ddHzO漂洗三遍。(2)用有效氯3%的次氯酸钠溶液消毒20分钟。(3)用无菌ddHzO漂

5、洗大约5-6遍直到没有明显泡沫为止。2.1.2.2小麦幼苗培养条件为了使种子发芽一致，将消毒后的小麦种子置于铺有两层滤纸的无菌培养皿中4°C避光处理5天，直到大部分种子萌动。将萌动的种子腹沟朝下，方向一致均勾摆放在铺有两层滤纸的灭菌培养皿中，置于光照16h(22°C)/黑暗8h(18°C)的恒温培养箱中培养。保持培养皿里的7K在稍微没过种子的位置。第三章：小麦ABD部分同源基因响应旱热胁迫..........483.1分析方法.........483.1.1Triplets的筛选和序列比对.........483.1.2基于RNA-Seq的ABD部分

6、同源基因.........493.2分析结果.........513.3讨论.........63第四章：小麦苗期叶片和旗叶高温胁迫转录.........664.1材料和方法.........664.1.1供试材料和胁迫处理方法.........664.1.2芯片杂交实验流程.........664.1.3数据方法.........664.2分析结果yerbe,2011)。据报道，苗期抗旱能力更强的小麦品种在成熟期遭受旱胁迫时产量也相对较高（MoudMaghsoudi，2008)。但作物苗期耐热性与其成熟期耐热性之间的关系目前研究较少。为了初步探究实验室条件下苗期小麦的耐热

7、机理和大田环境中的成熟期小麦是否相同，我们利用小麦全基因组芯片对比分析了苗期小麦叶片和灌桨中期旗叶在高温胁迫下的转录表达谱。发现大部分(87.5%)高温响应基因在苗期叶片和旗叶中的响应趋势相同，只有很少基因（15.6%上调基因和12.5%下调基因）表现出苗期叶片或者旗叶特异的高温胁迫响应。芯片杂交实验流程包括：总RNA提取（方法见第一章）、杂交样品的准备以及芯片杂交和扫描。后两步都是由中国农业大学基因芯片实验室完成。杂交样品的准备包括cDNA的合成和纯化、cDNA体外转录为cRNA、cRNA的生物素标定和纯化、生物