摘要
紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是重要的多年生豆科牧草，在我国畜牧业发展、农业产业结构调整和生态文明建设中具有重要的地位与作用。细胞壁是植物细胞最具特殊性的结构之一，与植物众多生长发育过程密切相关。细胞壁的次生生长显著影响牧草的产量，抗逆性和抗病性，探究紫花苜蓿次生壁的合成调控对研究其产量和品质性状具有非常重要的意义。本文通过对‘中苜1号’紫花苜蓿分枝期(S1)、现蕾期(S3)、初花期(S5)和盛花期(S6)的茎进行转录组测序，并结合显微镜观察、细胞壁物质含量测定等实验结果，从组织形态、物质组成和基因表达调控三方面探讨紫花苜蓿细胞壁次生加厚规律，主要研究结果如下: 1.制作紫花苜蓿茎的石蜡切片，通过甲苯胺蓝染色观察和荧光显微镜观察，分析四个发育时期茎细胞壁次生生长的物质结构变化。观察结果表明，紫花苜蓿茎次生壁加厚与生长发育时期密切相关，次生壁加厚主要发生在茎中的维管组织，从现蕾早期到初花期，紫花苜蓿茎的木质部和韧皮部加厚明显，木质素在维管束和束间薄壁组织的细胞壁中大量积累。 2.利用近红外光谱法测定‘中苜1号’紫花苜蓿四个发育时期茎细胞壁的主要物质含量。结果显示，纤维素含量在初花期和盛花期显著提高，木质素含量小幅增加，与次生壁的显微镜观察结果基本一致，而半纤维素含量变化较小。表明细胞壁次生生长伴随着纤维素和木质素的合成与积累。 3.本研究共获得26 432个基因在紫花苜蓿茎不同发育时期的转录表达情况，27个功能注释与紫花苜蓿纤维素和木质素合成密切相关的基因差异表达，其中大部分基因的表达量变化趋势与紫花苜蓿茎次生壁显微镜观察结果和主要物质含量测定结果基本一致，即随着生长发育时期的变化，表达水平逐渐升高。本研究中27个与植物生长发育相关的转录因子在紫花苜蓿不同发育时期差异表达，NAC家族和MYB家族转录因子18个，WRKY、bHLH、ERF、C3H等转录因子9个。通过系统进化分析发现MTR_2g067420(MYB)和MTR_8g102240(NAC)两个转录因子很有可能参与紫花苜蓿次生壁的合成调控。 基于转录组测序数据，深入探讨了紫花苜蓿次生壁合成调控的基因网络变化和表达模式，为紫花苜蓿次生壁合成调控网络的分子机制研究奠定基础。明确了一些关键候选基因和转录因子，为紫花苜蓿品质和产量性状的分子遗传改良提供重要基因资源。
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