高温胁迫环境下梭梭的生理响应与基因表达谱分析

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温室效应使全球变暖的程度加剧,高温胁迫成为影响植物生存和生长的重要非生物因子之一,夏季沙漠中炎热、干旱,梭梭的抗胁迫能力较强,是沙漠地域中分布最广的荒漠植被。因此,对夏季沙漠中梭梭的耐热性研究成为揭示其抗逆性的重要内容。关于梭梭抗逆性的研究大多数局限在其生理生化的变化机制上,对梭梭抗逆性分子机理的研究较少,本研究以夏季野生梭梭为材料,系统研究了梭梭对夏季高温胁迫的生理响应及其分子适应机制。  以2013年5月底至8月底生长于沙漠中的野生梭梭为材料,在夏季温度的变化下,测定了其主要抗逆性生理指标变化。结果表明:夏季高温胁迫下蒸腾作用大于吸水能力,梭梭吸水能力降低,随着温度逐渐上升,梭梭同化枝相对含水量下降。在适宜温度时,梭梭同化枝叶绿素含量随着气温的升高而增加,但在高温胁迫过后叶绿素含量维持在较低水平。梭梭丙二醛含量和电导率值随着气温的升高显著增加,说明梭梭在高温胁迫下积累活性氧较多,细胞膜受损。梭梭枝条中可溶性糖、脯氨酸含量随着温度升高而升高,当温度下降时可溶性糖含量略微降低,梭梭枝条中两种渗透调节物质的代谢水平发生了适应性的改变。高温胁迫下,梭梭同化枝中抗氧化保护酶活性发生变化,具体表现为CAT活性下降,而SOD活性、POD活性显著升高,随着温度的升高其变化幅度增大。梭梭同化枝内IAA的含量在整个夏季呈下降的趋势,随着温度的逐渐上升ABA迅速积累,GA3的含量随着温度的升高表现为逐渐下降的趋势。  利用Solexa测序技术对高温和适宜温度下野生梭梭的枝条进行转录组测序分析。结果表明,获得长度大于200 bp差异表达基因162504条,利用Swiss-Prot和Nr数据库与符合要求的unigene进行比对,发现有23198条和38529条unigene与其他物种基因能够匹配,具有相似关系。对梭梭的13012条unigene进行COG数据库分析,unigene被分为25类。对梭梭的22249条unigene进行KEGG数据库分析,unigene参与298条代谢通路。本研究表明梭梭逆境胁迫反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式,为揭示梭梭耐旱机理以及挖掘梭梭耐旱性关键基因奠定了基础。
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