【摘 要】
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小麦是世界上重要的粮食作物。筛选耐盐小麦种质,研究小麦对盐胁迫的生理、生长响应特点,挖掘盐响应关键基因,对探索小麦耐盐生理和分子机制,推进小麦耐盐育种有着深远意义。本试验对121份麦类种质进行耐盐性评价,从中选取耐盐与盐敏感材料,进行生长、生理与转录组分析。获得的主要结果如下:(1)对121份麦类种质的耐盐性进行综合评价,将供试材料分为5类:高耐盐材料、耐盐材料、中耐盐材料、盐敏感材料和高盐敏感材
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小麦是世界上重要的粮食作物。筛选耐盐小麦种质,研究小麦对盐胁迫的生理、生长响应特点,挖掘盐响应关键基因,对探索小麦耐盐生理和分子机制,推进小麦耐盐育种有着深远意义。本试验对121份麦类种质进行耐盐性评价,从中选取耐盐与盐敏感材料,进行生长、生理与转录组分析。获得的主要结果如下:(1)对121份麦类种质的耐盐性进行综合评价,将供试材料分为5类:高耐盐材料、耐盐材料、中耐盐材料、盐敏感材料和高盐敏感材料。8个小麦远缘杂交后代群体加权隶属函数值(D值)均值大于普通小麦群体,筛选出Y1805、P13、1713、082-1、1706和081等耐盐新种质。(2)以耐盐Y1805小偃麦和盐敏感中国春小麦(CS)为材料,发现盐胁迫下Y1805的脯氨酸、可溶性糖和CAT含量比CS高,升高速率更快;Y1805的根长、苗高受到的抑制作用比CS小。盐胁迫恢复后,Y1805的净光合速率、叶绿素含量比CS恢复得更快。Y1805在生长、生理生化指标上比CS都表现出更强的耐盐性。(3)经转录组分析,共检测到表达的基因数为112454,其中已知基因为92253个,预测的新基因为20201个;最终共得到44886个差异表达基因(DEGs),Y1805的DEGs有30885个,CS的DEGs有33694个。对Y1805盐胁迫应答的特异DEGs,盐处理和恢复后都出现的特异DEGs和Y1805、CS中都存在的盐胁迫应答DEGs这三类基因进行了GO功能注释;在Y1805中获得特有的叶黄素代谢过程(GO:0016122)、类胡萝卜素代谢过程(GO:0016116)、呼吸电子传递链(GO:0022904)、ATP合成偶联电子运输(GO:0042773)、肽基脯氨酰顺反异构酶活性(GO:0003755)和顺反异构酶活性(GO:0016859)等,这些代谢可能有助于Y1805防御盐胁迫伤害。KEGG功能注释发现Y1805 DEGs富集在RNA转运、植物病原相互作用、苯丙酸生物合成、m RNA监测途径、内质网蛋白质加工、MAPK信号通路-植物,植物激素信号转导等代谢通路。(4)染色体热图分析表明,Y1805与CS的三种类型DEGs和SNP/In Del位点在染色体呈现不同的分布,特别是SNP与In Del位点的数量差距很大。盐胁迫应答的DEGs数量最多,在2A、2B和2D(或2E)染色体上分布较多,分别有348,368和355个DEGs。Y1805特异盐胁迫应答DEGs在B组多条染色体(2B、3B、4B、5B和6B(或它们的部分同源群E染色体)上分布,大多位于染色体长臂端部。(5)通过植物抗病基因注释得到796个小麦基因,主要涉及CNL、RLP、NL等结构域类型。通过转录因子注释得到较多的MYB、AP2-EREBP、b HLH、NAC、WRKY非生物胁迫相关转录因子,其中Traes CS5B02G142100和Traes CS1D02G078600是已报道的耐盐基因。Y1805盐胁迫响应基因的表达量比CS大,说明盐胁迫后Y1805中有很多耐盐基因大量表达,从而表现出强的耐盐性。(6)发现大量可变剪接事件以及SNP和In Del位点,Y1805和CS中分别发现352689和9237个SNP位点,二者差距较大,并且类型比例也不同,同时In Del位点类型的差别也较大。(7)根据KEGG注释和DEGs表达量分析,结合生理生化指标,在谷胱甘肽代谢途径(ko00480)、淀粉和蔗糖代谢途径(ko00500)、MAPK信号通路-植物途径(ko04016)、精氨酸与脯氨酸代谢途径(ko00330)、光合作用代谢途径(ko00195)、卟啉和叶绿素代谢途径(ko00860)乙醛酸与二元酸代谢途径(ko00630)和过氧化物酶体途径(ko04146)等途径中获得Y1805盐胁迫响应基因,比如Traes CS7D02G156800、BGI_novel_G007346、Traes CS2A02G207900、Traes CS4B02G003600等。采用qRT-PCR技术对10个盐胁迫应答基因进行了验证,Traes CS1A02G345600、Traes CS5A02G347300、Traes CSU02G080000、BGI_novel_G011173、BGI_novel_G013105、BGI_novel_G004826、BGI_novel_G015026基因的表达量与qRT-PCR结果一致。总之,本试验筛选了多个耐盐新种质,初步理解Y1805耐盐的生理、分子机制,挖掘了一些盐胁迫应答关键基因,为耐盐基因克隆、功能分析及耐盐遗传育种等奠定了重要基础。
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