论文部分内容阅读
小麦是世界范围内的重要粮食作物,收获前穗发芽严重影响其产量和品质。种子休眠是穗发芽抗性的主要遗传因素,其水平高低除了受遗传因素影响,同时受环境温度调控,种子发育时期高温降低休眠水平,而种子浸润时期的高温则提高休眠水平。近年来,全球气候变暖使得小麦种子发育中后期温度增高,导致种子休眠水平/穗发芽抗性下降,一旦收获期遭遇降雨,穗发芽损失难以估量,给小麦生产造成潜在的风险。目前,温度调控种子休眠的相关研究大多来自模式植物,且分子机制仍不清楚,小麦中涉及该过程的基因以及非编码RNA等鲜有报道。本研究以休眠白皮地方品种歪头白为试验材料,对发育时期以及浸润时期的种子进行高温或低温处理,利用转录组技术获得参与温度调控种子休眠的差异表达基因及非编码RNA,结合测序、RT-PCR和激素含量分析,初步鉴定出涉及温度调控种子休眠过程的相关基因及非编码RNA。研究结果将为温度调控小麦种子休眠网络的构建和非编码RNA作用机制的解析提供参考信息,同时有助于应对气候变化下的小麦抗穗发芽品种的选育,以及对减轻穗发芽危害的策略的提出具有重要指导意义。主要结果如下:（1）种子浸润期,高温（36.5℃）诱导歪头白种子休眠,低温（4℃）则抑制休眠;脱落酸（ABA）/赤霉素（GA）含量比值与休眠水平呈正相关,茉莉酸（JA）含量与休眠水平呈负相关。高温处理后,49439个mRNA、10947个lncRNA、24个circRNA和567个miRNA显示差异表达（Fold Change≥2,P≤0.01,下同）;低温处理后,34596 个 mRNA、6659 个 lncRNA、2 个 circRNA 和 812 个 miRNA 显示差异表达。基于表达量构建调控网络,高温处理鉴定到2761对靶对,低温处理鉴定到2990对靶对。（2）种子发育期（花后21d）,高温（25/35℃）和低温（10/15℃）均抑制歪头白种子休眠,ABA/GA 比值和JA含量与种子休眠均呈正相关。高温处理后,9196个mRNA、273个lncRNA、21个circRNA和133个miRNA差异表达;低温处理后,16660个mRNA、108个lncRNA、9个circRNA和64个miRNA差异表达。基于表达量构建调控网络,高温处理鉴定到281对靶对,低温处理鉴定到1346对靶对。（3）非编码RNA（包括lncRNA、circRNA和miRNA）均参与温度对种子休眠的调控过程,其中在各时期共鉴定到38个已知的miRNA存在差异表达。通过序列扩增确认了 4个关键的lncRNA和8个miRNA的前体序列在歪头白中真实存在,并基于MSTRG.3734696.1序列变异开发分子标记,在230份小麦品种中验证了其与种子休眠显著相关。（4）在种子浸润、种子发育时期的高温处理和低温处理过程中分别鉴定到273个、396个和373个差异表达的转录因子,同时克隆了其中的bHLH-2A和NAC1L-7B基因,基于序列变异开发分子标记,并利用417份小麦品种验证其与种子休眠显著相关,据此推测bHLH-2A和NAC1L-7B是参与温度调控种子休眠过程的关键候选基因。（5）鉴定到已报道的休眠相关基因如TaNCED、TaMFT和TaSdr等参与温度调控种子休眠过程。（6）发现ABA、GA、JA合成/代谢和信号转导以及钙离子信号通路相关基因参与温度对种子休眠的调控过程,并得到荧光定量表达试验的再次验证。