山新杨木质部发育的季节表达调控及PdbbZIP1基因功能初步分析

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中文摘要：木质部发育是木本植物木材形成的关键过程。为了研究山新杨木质部发育的分子调控机制，本研究对一个生长季节内，6个不同时间点的山新杨木质部发育进行了表达谱分析及差异表达基因鉴定。选择了其中一个差异表达基因进行了基因功能初步分析，研究结果如下：（1）利用滑走切片对4月中旬到8月上旬间6个发育时间点的山新杨木质部进行切片分析，并利用番红固绿进行切片染色。显微观察结果显示，在S1时，木质部尚未发育；S2阶段木质部开始形成；在S3时，发育中的木质部细胞迅速分裂，木质部迅速扩展，并且大多数细胞开始合成次生细胞壁。这些程序一直持续到S5，木质部扩展率略有降低。S5和S6之间没有明显的微观差异，并且观察到了晚材的形成。（2）通过转录组测序对6个时期木质部样本进行分析。转录组组装和注释后，鉴定差异表达基因（DEG），并对每个样品进行GO富集分析，KEGG通路分析和DEG的表达分析。结果显示，在六个阶段中共有14,890个基因差异表达。在不同阶段比较中，与细胞壁生物合成以及植物激素相关的GO途径明显富集，DEG中与“苯丙烷生物合成”，“植物激素信号转导”和“淀粉和蔗糖代谢”有关的KEGG途径显著富集。鉴定了与细胞扩增，多糖代谢和合成，木质素合成，转录因子和激素有关的DEG。（3）从转录组差异基因中发现6条bZIP家族基因，选择其中一条表达量较高，且表达差异最显著的成员进行克隆，命名为PdbbZIP1。生物信息学分析结果显示PdbbZIP1编码区序列长度为945bp，编码314个氨基酸，具有bZIP家族的结构域。系统进化分析结果显示，其与拟南芥中AT2G31370.3基因同源性最近，研究表明其参与干旱、盐胁迫应答。我们推测PdbbZIP1基因具有相似功能。对其进行非生物胁迫处理下表达模式的荧光定量PCR分析，结果表明，PdbbZIP1基因响应盐和旱的诱导。（4）通过瞬时侵染法对PdbbZIP1进行快速基因功能分析，将PdbbZIP1基因的过表达载体和抑制表达载体瞬时转化山新杨，通过生理指标测定鉴定其抗旱耐盐功能。并对PdbbZIP1基因进行转录激活域验证，验证其存在转录激活区域。结果显示，PdbbZIP1转录因子在酵母中具有转录激活活性，其转录激活结构域位于N端第223-342bp内。转基因过表达株系在200mMNaCl和300mMMannitol胁迫条件下相比于野生型山新杨有更强的耐盐和抗旱能力。进一步说明PdbbZIP1在转基因山新杨的盐旱胁迫抗性中起重要的调控用。其参与木质部发育的环境应答及非生物胁迫抗性的分子机制，有待进一步研究。本研究分析了山新杨木质部发育的季节性分子调控途径，鉴定了重要的木质部发育调控基因，将增加对木材形成的分子调控的理解，也为遗传操作提供潜在的目标。

作者：

赵超

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关键词：

山新杨转录组测序木质部发育 PdbbZIP基因抗旱耐盐功能分析

授予学位：

硕士

学科专业：

林木遗传育种

导师：

王超

学位年度：

2021

学位授予单位：

东北林业大学

语种：

中文

中图分类号：