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南极大陆环境恶劣制约了陆地高等植物的生长。苔藓和地衣在南极大陆分布广、数量多,是陆地生态系统中的主要生产者。南极苔藓生长受许多因素的影响,包括温度、风、湿度和UV-B辐射。由于苔藓主要生长在南极海岸附近,土壤中的盐度高低也是影响其生存和繁殖的主要因素。南极苔藓具有独特的生理和遗传特征,使其能够高度适应极地环境。本研究通过转录组测序分析了南极黄丝瓜藓在盐胁迫下的差异表达情况;分析了盐胁迫对南极黄丝瓜藓抗氧化途径、茉莉酸途径、类黄酮含量及其合成途径关键基因表达水平的影响;还分析了南极黄丝瓜藓的7个12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase,OPR)在不同逆境中的表达模式,构建了3个OPR基因的拟南芥过表达纯系植株。具体结果如下:(1)南极黄丝瓜藓响应高盐的转录组分析。本文中采用高通量测序分析了高盐胁迫下南极黄丝瓜藓的转录组。南极苔藓的样品经提取总RNA、构建文库、去除不合格序列和拼接组装步骤后,共获得285,789条转录本和209,838条基因序列。根据获得的基因序列进行GO(Gene Ontology)注释以预测其功能,通过BLAST软件与GO数据库比对共有120,579个基因序列获得注释信息,并被分为40多个类别,包括生长、膜和抗氧化活性等。其中,有15,997个基因序列被注释到生物过程大类中,590个基因序列进一步被归类为响应刺激和抗氧化活性。这些基因可能参与盐胁迫的相应过程。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路分析表明,最富集的通路条目是抗坏血酸和醛醇代谢、细胞内吞作用、苯丙烷类生物合成、类黄酮生物合成、自噬调节和植物激素信号转导等。通过FPKM方法(expected number of Fragments Per Kilobase of transcript sequence per Millions base pairs sequenced)比较盐处理样品与对照组样品的基因表达水平来鉴定差异表达的基因,差异表达基因(Differentially expressed gene,DEG)分析高盐胁迫条件下显示有1,340个基因序列显著上调,831个基因序列显著下调。(2)盐胁迫下南极黄丝瓜藓抗氧化途径及相关差异表达基因分析。P.nutans对高盐胁迫具有很强的耐受性。基因差异表达分析显示盐胁迫后脱落酸(abscisic acid,ABA)和茉莉酸(Jasmonate)途径相关基因、抗氧化酶基因和类黄酮合成相关基因显著上调。盐胁迫后,丙二醛(malondialdehyde,MDA)、抗坏血酸盐和黄酮类化合物的含量以及抗氧化酶活性均有所提高。外源施加ABA、茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,MeJA)或原花青素(proanthocyanidins,PA)提高了南极黄丝瓜藓的耐盐性。此外,ABA或MeJA处理南极黄丝瓜藓会上调抗氧化酶和类黄酮合成相关基因的表达水平。因此我们提出在盐胁迫下抗氧化酶和黄酮类化合物是南极黄丝瓜藓中两种主要的抗氧化防御系统,在植株遭遇非生物胁迫时会保护细胞和清除活性氧(reactive oxygen species,ROS)。(3)南极黄丝瓜藓12-氧-植物二烯酸还原酶OPR在植物逆境胁迫下的功能分析。在高盐胁迫、低温胁迫和UV-B辐射下,发现南极黄丝瓜藓中的大多数OPR基因上调表达。所以我们提出南极黄丝瓜藓中的OPRs参与了多种非生物胁迫,推测它们在抵御外来胁迫时能发挥重要的作用。另外结合该类基因的蛋白序列比对、系统进化分析等方法,初步分析了该基因在植物抗逆中的作用并构建了拟南芥过表达株系,为后续的南极苔藓抗逆系统分析和OPRs基因对非生物胁迫因子响应机制的研究提供了实验材料。