東亞砂蘚組織培養(yǎng)及脫水脅迫下生理響應(yīng)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究.pdf

1、東亞砂蘚（Racomitrium japonicum）能生長于裸露巖石、巖石薄土或石壁上，生命力極強，為典型的旱生蘚類，植物體內(nèi)必然存在著一系列應(yīng)答逆境脅迫的高效、主效功能基因。同時，東亞砂蘚發(fā)育模式簡單，單倍體的配子體占生活史的主導(dǎo)地位，作為試驗材料在分子水平上研究其耐旱性具有其他高等植物所沒有的優(yōu)勢，是研究蘚類植物耐旱特征的理想材料，在耐旱機理方面的研究具有重要意義。
　　本研究通過組織培養(yǎng)技術(shù)成功建立了東亞砂蘚配子體的再生體

2、系，為后續(xù)試驗提供了純凈、均一化的材料。為探索東亞砂蘚的耐旱機理，本研究采用生理學(xué)和分子生物學(xué)中轉(zhuǎn)錄組學(xué)(RNA-Seq)的試驗方法，以東亞砂蘚組培苗為試驗材料，對東亞砂蘚抗脫水脅迫的應(yīng)答機制進行了研究。主要結(jié)果如下：
　　(1)東亞砂蘚最佳消毒方法為:將其在流水下沖洗2～3 h，再用濃度為0.02％的升汞消毒45～60 s，無菌水沖洗7～8遍。
　　(2) MS1培養(yǎng)基是原絲體初期生長的最適培養(yǎng)基。培養(yǎng)基中不同激素及其不同

3、濃度對原絲體的擴繁生長有一定影響。6-BA濃度為1.5 mg/L時原絲體分化出芽體;2，4-D促使原絲體進行營養(yǎng)生殖，不分化芽體，當(dāng)濃度為1.0 mg/L時原絲體團直徑最大，擴繁情況最好，可作為原絲體擴繁培養(yǎng)基。而不添加任何激素和蔗糖的改良Beneck培養(yǎng)基在短時間內(nèi)就能誘導(dǎo)出較長較粗壯的配子體，是誘導(dǎo)原絲體產(chǎn)生配子體的最佳培養(yǎng)基。
　　(3)研究發(fā)現(xiàn)，在脫水脅迫下，丙二醛和電解質(zhì)外滲率整體呈現(xiàn)升高趨勢，這說明東亞砂蘚膜結(jié)構(gòu)受到損

4、害，而脯氨酸和可溶性糖的大量積累有利于保護膜結(jié)構(gòu)的完整性。抗氧化酶系統(tǒng)的變化能提高東亞砂蘚對氧化脅迫的防御能力。葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的改變說明，東亞砂蘚在對脫水脅迫作出響應(yīng)時，會降低自身光合活性，從一定程度上緩解脫水脅迫對植物體造成的破壞。
　　(4)對東亞砂蘚進行RNA-Seq大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組測序，組裝獲得83552個基因，與不同數(shù)據(jù)庫比對發(fā)現(xiàn)，匹配到Nr庫的Unigene為51072條;匹配到Nt庫的Unigene為28154條;

5、匹配到COG庫的Unigene為31027條，涉及25類功能;匹配到GO庫的Unigene為21049條，分為41個功能群;匹配到Swiss-Prot庫的Unigene為32696條;匹配到KEGG庫的Unigene為35017條，涉及125個Pathway，參與到代謝途徑、次生代謝產(chǎn)物的生物合成等途徑中。獲得顯著差異表達(dá)Unigene41763條，其中33559條序列表達(dá)量上調(diào)，8204條序列表達(dá)量下調(diào)。結(jié)合生理指標(biāo)的變化，鑒定出與脫

6、水耐性相關(guān)的離子轉(zhuǎn)運和重建離子平衡，滲透保護物質(zhì)生物合成，植物激素及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，活性氧清除及抗脅迫相關(guān)蛋白，轉(zhuǎn)錄因子，糖代謝，保護和修復(fù)光合系統(tǒng)，蛋白質(zhì)合成與降解8類基因。對這些脅迫應(yīng)答的關(guān)鍵基因進行系統(tǒng)的分析，更有助于深入了解東亞砂蘚的耐旱機制。并對參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的RjRop、參與糖代謝的RjGAPDH和轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的RjbZIP基因進行了脫水和復(fù)水表達(dá)模式的分析，發(fā)現(xiàn)它們在東亞砂蘚在抗脫水脅迫時發(fā)揮重要作用。
　　本研究提供了東亞