野生罗布麻生态适应性及响应盐胁迫机制研究

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罗布麻(Apocynum venetum L.),是一种多年生半灌木宿根植物,是我国宝贵的野生植物种质资源,具有重要的药用价值、生态价值及经济价值。目前,野生罗布麻的种群数量日益缩减,罗布麻主要分布区新疆和内蒙古已将其列为珍稀濒危植物。因此,对罗布麻进行系统的生态适应性研究,探究其对环境的适应能力及机制已成为亟待解决的问题。本研究以分布于甘肃省金塔县、民勤县、内蒙古杭锦旗、扎鲁特旗和吉林省白城市的野生罗布麻为研究对象,以其群落组成和生境特征为研究基础,结合盐胁迫下罗布麻的生理特性、转录组学和蛋白质组学分析,筛选鉴定罗布麻耐盐的关键调控基因和蛋白,系统阐明野生罗布麻的生态适应能力及其响应盐胁迫的分子机制,有利于推动我国野生罗布麻种质资源的保护和合理开发利用,对我国民族种业发展及生态文明建设具有重要意义。主要研究结果如下:1.不同地区罗布麻样地生物多样性存在差异,5个样地物种多样性扎鲁特旗>民勤县>白城市>金塔县>杭锦旗。罗布麻群落物种多样性主要与降水、温度和蒸发量密切相关。物种多样性与生长季降水量呈显著正相关,且与5月降水量的相关性高于7、8、9月的降水量,可见5月的降水量对群落物种多样性具有重要意义。2.对不同样地罗布麻进行遗传多样性分析,发现在物种水平上和居群水平上罗布麻的遗传多样性较高,多样性指数(He)分别为0.3765和0.2616。居群群体间的遗传分化系数Gst为0.3084,基因流(Nm)为1.1213>1,表明居群间的分化程度较大。聚类分析表明居群间遗传距离与地理距离远近没有明显相关性,不同生境条件和自身繁殖特性对罗布麻居群的遗传分化具有一定影响。3.罗布麻样地为盐碱性土壤,土壤保肥性较弱。罗布麻叶片N、P含量与土壤盐碱度具有显著的相关性,N含量与电导率呈负相关关系,(r=-0.436,P<0.05)。罗布麻叶片P含量与土壤电导率呈显著正相关关系(r=0.442,P<0.05)。4.罗布麻通过提高渗透调节物质含量及抗氧化酶活性增强盐胁迫的适应性。随盐胁迫浓度增加可溶性糖与可溶性蛋白含量升高,随胁迫时间延长呈波动性变化趋势。过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性随盐胁迫时间延长增强,保持较高的抗氧化活性,最大值分别为56.03 u/(g·min)和214.08 U/g。5.罗布麻通过提高糖代谢过程、氧化还原蛋白和水通道蛋白活性等相关基因的表达增强罗布麻盐胁迫的耐受性。对罗布麻响应盐胁迫转录组表达谱进行综合分析,鉴定出11914个潜在的盐胁迫响应基因。利用WGCNA方法,最终确定red模块中分别与丝氨酸羧肽酶、SOS信号通路和热激转录因子相关的差异表达基因TRINITY_DN102_c0_g1、TRINITY_DN3073_c0_g1和TRINITY_DN6732_c0_g1为该模块的核心基因。6.采用TMT技术对盐胁迫下罗布麻进行定量蛋白质组学研究,不同胁迫时间的差异蛋白网络互作所得到的差异表达蛋白主要以核糖体蛋白为主,其中60S核糖体蛋白L3-2(TRINITY_DN13265_c0_g1_i1_9)在胁迫12 h和24 h的差异蛋白中均为核心蛋白,表明核糖体蛋白在罗布麻响应盐胁迫过程中发挥着重要作用。7.通过转录组和蛋白质组关联分析共得到428个具有一致表达模式的基因和蛋白,其中上调表达的基因和蛋白有225个,下调表达的基因和蛋白有203个。对共有的差异基因和蛋白进行GO富集分析表明,上调表达基因和蛋白主要涉及氧化还原、糖类代谢、光合作用、离子稳态和渗透平衡,这些关键酶和基因对增强罗布麻盐胁迫耐受性具有重要意义。
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