珍稀竹种巨龙竹秆型分化分子机理的初步研究
作为世界上已知最高大的竹种——巨龙竹（Dendrocalamus sinicus）具有极高的生态、经济、观赏价值。但在其自然分布区，巨龙竹秆形存在两种明显的变异类型，即“通直型”和“弯曲型”，秆形的弯曲会影响巨龙竹优良品种的选育。因此，对秆型分化分子调控机制的认识是目前巨龙竹研究的首要任务。为此，本研究对两种秆形巨龙竹形态、竹笋组织解剖结构进行比较分析，在此基础上进行对比转录组测序，并筛选参与巨龙竹秆型分化的重要调控因子，进行表达模式的分析。结合解剖结构、转录组、基因系统进化与表达分析的动态变化，综合分析巨龙竹茎秆分化的分子调控机制。主要研究结果如下: (1)根据对不同秆形巨龙竹外部形态的观察，结合不同秆形巨龙竹生长发育的高生长调查结果，不同秆形巨龙竹关于其秆型分化可以划分为3个生长阶段，即自笋出土0～10天为生长发育前期、11～35天为生长发育中期、36天之后直到成竹为生长发育后期。不同秆形巨龙竹3个生长发育时期，通直型巨龙竹和弯曲型巨龙竹的高生长情况均不相同，生长发育早期，通直型巨龙竹和弯曲型巨龙竹的生长情况相近;生长发育中期，弯曲型巨龙竹茎秆比通直型巨龙竹生长快;生长发育后期，通直型巨龙竹茎秆比弯曲型巨龙竹生长快。采集弯曲型巨龙竹弯曲部位向外拱起的一侧(形态学外侧:BC-O)和向内凹陷的一侧(形态学内侧: BC-I)靠近杆壁的组织以及通直型巨龙竹(SC)靠近杆壁的组织各6个生长发育期，进行了组织解剖，结果表现出不同的差异性，尤其维管束、纤维细胞、薄壁细胞以及细胞中细胞核数目的变化均表现差异。结合不同秆型巨龙竹形态及组织结构的差异性，初步推断出巨龙竹茎秆秆形发生分化的关键时期为自笋出土11～35天。 (2)根据形态学及组织解剖学的研究结果，选取不同秆形巨龙竹5天、20天、45天3个关键生长发育期的竹笋材料进行转录组测序分析，结果显示两种秆形三个不同发育时期的对比转录组产生大约3.40亿高质量的reads，注释了98479个基因。基因差异表达分析的结果显示，在两种秆形巨龙竹发育的三个阶段中，共获得差异表达基因8578个，它们富集到108条KEGG代谢通路，富集最显著的为植物激素信号转导途径和苯丙烷合成代谢途径，并且在巨龙竹秆型生长发育中期差异性显著。通过不同时期KEGG代谢通路富集分析，参与激素传导途径的基因在秆型分化的启动中起重要作用，其中参与生长素和脱落酸信号的Aux/IAA、ARF、PP2C、SnRK2和ABF基因可能更为关键;参与苯丙烷合成途径的基因则在茎秆的发育中更为重要。 (3)本研究选择了EF-1α、GAPDH、Actin、Tubulin、TIP-41、PP2A6个植物中常用的内参基因作为巨龙竹秆型分化相关基因表达模式分析的候选内参基因，通过对这6个候选内参基因稳定性的评估结果表明，GAPDH、Actin、EF-1α在巨龙竹秆型分化的生长发育过程中稳定性较高，是关于巨龙竹秆型分化相关基因表达模式分析的最佳内参基因，采用GAPDH作为巨龙竹秆型分化过程中相关基因表达模式的内参基因。 (4)通过对参与巨龙竹秆型分化差异基因的功能分析，筛选在不同秆形巨龙竹不同发育阶段表达量高、表达模式有明显差异的3个生长素早期响应基因DsIAA3、DsIAA17、DsIAA21，并对其进行基因克隆、系统进化、表达模式的研究。结果表明，DsIAA3、DsIAA17、DsIAA21具有AUX/IAA家族基因的4个保守结构域，并且与二穗短柄草、水稻的亲缘关系较近。DsIAA3、DsIAA17、DsIAA21在不同秆形巨龙竹竹笋生长发育过程中的基因表达模式具有差异性。3个基因在弯曲型巨龙竹形态学内侧的表达量先下降后上升，并且早期表达量最高;在弯曲型巨龙竹形态学外侧的表达模式不同，DsIAA3和DsIAA21的表达量先下降后上升，且在后期的表达量最高，而DsIAA17的表达模式与之相反。3个基因在通直型巨龙竹中的表达量先上升后下降，中期表达量最高，后期的表达量最低。并且，这3个基因在弯曲型巨龙竹形态学内侧和通直型巨龙竹中的表达模式正好相反。
巨龙竹;秆型分化;分子机理;生长发育;基因进化
中国林业科学研究院
硕士
林木遗传育种
杨汉奇
2018
中文
S795
104
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）