白楠原生种与叶缘缺刻突变种形态生理研究及转录组高通量测序分析

发布时间：2020-07-09 23:14

【摘要】：白楠(Phoebe neurantha(Hemsl.)Gamble)作为楠属的一个重要物种,材质优良,树型美观,具有楠属植物诸多优良性状,即可作为珍贵的用材树种,也可作为优良的观赏树种,具有很大的开发潜力。然而,目前针对白楠进行的研究相对较少。有关白楠原生种及其叶缘缺刻突变种的研究对于这一物种的起源和演化具有重要的学术参考价值,同时对于这一优良树种资源的开发利用、品种改良、繁育和推广也提供了一定的科学依据,具有重要的现实意义。本文对白楠原生种和叶缘缺刻突变种进行了表型特征和扫描电镜的观察,以及重要光合酶Rubisco的含量和活性、各光和色素含量、光响应曲线和高通量转录组测序分析等方面的研究。观察比较了白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶的特征,结果表明白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶的质地和被毛情况无显著差异,但叶形和叶脉差异显著,白楠叶缘缺刻突变种叶形相比原生种变化较大,文中进行了细致的描述。叶脉方面,白楠原生种主侧脉的夹角,从叶基部向上呈逐渐减小的趋势,而叶缘缺刻突变种则呈逐渐增大的趋势,尤其是叶片中部至先端主侧脉夹角增大趋势极为明显。白楠原生种叶片中部及先端主侧脉的夹角显著低于突变种,白楠原生种和突变种叶片基部主侧脉的夹角没有显著性差异。比较了白楠原生种和叶缘缺刻突变种花的特征,根据体视显微镜的观察结果,白楠原生种和叶缘缺刻突变种花结构上没有显著差异,基本特征一致。通过对白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶缘细胞的扫描电镜观察,发现白楠叶缘缺刻突变种缺刻处叶缘细胞出现了分生组织细胞特征,细胞小、较圆、排列密集,而非缺刻处叶缘细胞则部分出现了一些分生组织样细胞。白楠原生种叶缘细胞则统一为典型的棒状细胞。说明正是由于这些类似分生组织样细胞的分裂和生长最终造成了白楠叶缘缺刻突变种叶缘缺刻的形成。分别对白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶中RubisCO含量和活性做了比较分析。结果表明白楠原生种和叶缘缺刻突变种中RubisCO活性无显著性差异,处于同一水平,但是RubisCO含量存在差异性,突变种RubisCO含量显著低于原生种的含量。虽然白楠原生种叶中RubisCO含量显著高于叶缘缺刻突变种,但是白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶组织中RubisCO活性基本一致,因此推测,RubisCO并没有引起白楠原生种和叶缘缺刻突变种在净光合上产生差异。通过对白楠原生种和叶缘缺刻突变种光和色素含量的比较分析,发现白楠原生种和叶缘缺刻突变种成熟叶中叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素a+b含量上没有显著差异,处于同一水平;叶绿素a含量上差异显著,原生种成熟叶中叶绿素a含量显著低于叶缘缺刻突变种叶中的叶绿素a含量。突变种的叶绿素a/b比值显著高于原生种,因此推测白楠叶缘缺刻突变种比白楠原生种具有更高的光能利用率。分别对白楠原生种和叶缘缺刻突变种进行光响应曲线的测定,通过比对发现白楠突变种相比于白楠原生种有更低的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pnmax),但是有着更高的表观量子效率(α)和暗呼吸速率(Rday),而这些都是弱光植物所具有的的特点,结果暗示白楠突变种比白楠原生种更能适应弱光环境。通过对白楠原生种和叶缘缺刻突变种进行转录组测序共获得49561条Unigene,最小长度为201bp,最大长度为62407bp,平均长度为991bp,其中有11728条差异Unigenes被注释到了白楠原生种和叶缘缺刻突变种的GO数据库中,白楠叶缘缺刻突变种和原生种相比,有4457条Unigenes上调表达,7271条Unigenes下调表达;在功能注释、GO和KOG功能分类及KEGG代谢通路分析基础上,进一步分析白楠原生种和叶缘缺刻突变种转录组数据,通过对叶缘缺刻相关的基因分析,共注释到5个(4个调控因子c23819、c26021、c28362和c31553以及CUC基因c41381)基因具有显著性差异。对着5个基因进行实时定量分析,表明CUC基因在叶缘缺刻中属于逆向调控基因,c23819、c28362、c31553对CUC起促进作用,c23819的促进作用最明显,c28362、c31553次之,c26021起反向调控作用。本研究以转录组测序产生的片段为基础,根据转录组数据库中这个基因的注释用软件Premer 5.0设计了一对特异性引物,通过RT-PCR技术,对CUC基因进行反转录,成功地得到了1个全长CUC基因,该基因的cDNA全长为1317bp,包含一个1008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸,分子量为37.8 kDa,等电点为7.04。通过与其它植物的核苷酸和蛋白比对发现白楠的CUC基因与其它植物的CUC基因有很高的同源性,表明我们所克隆的这个基因属于CUC基因家族。系统发育树表明,PnCUC与来自其他植物物种的CUC具有明显的古老关系,暗示它们具有共同的进化始祖,基因表达具有一定相似性。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.24
【图文】：

原生种,白楠,突变种,叶缘

17图 1 白楠原生种和叶缘缺刻突变种植株形态对比(b)(d)(f)白楠原生种；(a)(c)(e)白楠叶缘缺刻突变种Fig.1 The comparison of the plant morphology between P.neurantha and P.neurantha'smutation(b)(d)(f)P.neurantha;(a)(c)(e)P.neurantha's mutation

对比图,白楠,原生种,突变种

18图 2 白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶片形态对比图中小格边长为 1cm；（a）（b）白楠原生种叶片正面和反面;（c）（e）白楠叶缘缺刻突变种叶片正面；（d）（f）白楠叶缘缺刻突变种叶片反面Fig.2 The comparison of the leaf shape between P.neurantha and P.neurantha's mutationThe length of each square in figures is 1 cm;(a)the front of leaf of P.neurantha;(b)theback of leaf of P.neurantha;(c)(e)the front of leaf of P.neurantha's mutation;(d)(f)theback of leaf of P.neurantha's mutation2.1.3 小结白楠原生种和叶缘缺刻突变种叶片的质地和表皮被毛情况无显著差异，但在叶形特征，叶柄长度以及叶片主侧脉夹角上差异显著。

形态图,白楠,原生种,突变种

图 3 白楠原生种和叶缘缺刻突变种花、柱头形态对比（a）白楠原生种的花（b）白楠叶缘缺刻突变种的花（c）白楠原生种的花柱头（d）白楠叶缘缺刻突变种的花柱头Fig.3 The comparison of flowers and the stigma between P.neurantha and P.neurantha'smutation(a)a flower of P.neurantha;(b)a flower of P.neurantha's mutation;(c)the stigma ofP.neurantha;(d)the stigma of P.neurantha's mutation

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