开花是高等植物最重要的性状之一,外界环境、树体营养、激素水平及基因表达均影响植物成花过程;而与一年生植物相比,多年生木本植物的成花类型多样,成花机制复杂。蒿柳(Salix viminalis),为杨柳科柳属灌木,生长速度快、适应性强、广泛分布在北半球高纬度冷凉地区,在园林绿化、能源林建设、重金属修复等方面多有应用。但是,开花导致的散粉、飞絮问题大大降低了其应用价值。蒿柳幼龄期极短,扦插苗当年形成花芽,实生苗2年开花,性别稳定,基因组仅450 M,是研究雌雄异株木本植物的理想材料,我国蒿柳资源丰富,但其成花机制还不清楚。本研究分别以花芽未分化期(营养生长期)、花芽生理分化期和花芽形态分化期3个时期长2-3 cm的雌、雄蒿柳茎尖为材料,测定糖、激素、多胺等内源物质的含量,构建花芽不同分化阶段的测序文库,采用RNA-seq高通量测序技术,获得不同发育阶段花芽分化的基因表达数据,利用qRT-PCR进一步验证差异基因的表达模式,从组织、生理及分子水平上解析雌、雄蒿柳花芽分化机制,分析性别间差异表达基因信息,挖掘性别决定基因。研究结果可丰富树木花芽分化的基本理论,解析雌雄异株植物性别决定机理,并为环保型柳树育种提供依据。主要结果如下:1.根据生长物候期、枝条生长动态及芽的组织形态学观察结果,将雌、雄蒿柳花芽分化过程分为营养生长期、花芽生理分化期和花芽形态分化期;当年生枝条生长速度减缓是蒿柳花芽生理分化启动的重要标志,雄蒿柳在盛花后约30天、雌蒿柳盛花后40天,进入花芽生理分化期,此时雌蒿柳一年生枝条上至少着生8片展开叶,13个侧芽,雄蒿柳至少有10片展开叶,15个侧芽。2.从营养生长向生殖生长转变过程中,内源物质在雌、雄蒿柳花芽分化过程中的作用相似。虽然雌、雄蒿柳内源激素和多胺的变化趋势几乎一致,但其含量在发育的某些阶段具有显著的性别差异。高水平的可溶性糖、淀粉、ABA、ZT、IAA、多胺及C/N、ABA/GA3比值,低水平总N、GA3含量及ZT/GA3、IAA/ABA、IAA/ZT比值促进雌、雄蒿柳花芽分化启动;花芽形态分化则要总N和GA3含量持续下降,多胺和C/N比值持续升高,ABA、ZT、IAA则显著下降。3.雌、雄蒿柳共18个样品RNA-seq测序结果显示,每个样品获得的raw reads均超过5 000万条,测序碱基数超过7.5 G nt,clean reads 4 600万条以上;共组装124 353条Unigene,平均长度676-904 nt,在NR、Nt、Swiss-Prot、KEGG和COG等6大数据库中共注释到107 161条,注释率超过了86%。4.雌蒿柳的3个时期之间比较,共获得9 064个DEGs,其中上调6 914个,下调2 150个。FS1-VS-FS2、FS2-VS-FS3和FS1-VS-FS3三个比较库得到上调DEGs的数量分别为60、3 277和3 577个,下调的分别有121、664和1 365个。雄蒿柳3个时期之间比较,共获得9 156个DEGs,其中上调6 428个,下调2 728个,MS1-VS-MS2、MS2-VS-MS3和MS1-VS-MS3三个比较库得到的上调DEGs分别为889、2 907和2 632个,下调的分别为887、861和980个。在这些差异基因中,重点分析了蔗糖和淀粉代谢途径、激素代谢及激素信号转导途径、多胺代谢途径、植物生物节律等与雌、雄蒿柳花芽分化相关的差异表达基因信息。5.雌、雄蒿柳成花过程中,蔗糖合成相关的基因SvSS、SvTPS等多上调表达,糖类物质主要以T-6-P参与糖信号转导,TPS作用于SvFT基因调控花芽分化;细胞分裂素信号可通过WUS/CLV3调节系统负向反馈调节ARR调控SvSOC1;GA合成的关键基因SvRCOM、SvKO下调,GA信号负调控因子DELLA蛋白显著上调并调控SvLFY并入蒿柳成花调控网络;ABA诱导植物成花过程与光周期途径成花关键基因CO的转录水平正相关;ABA相关的Sv ACS3、SvHMT1、SvGELP下调,SvNCED5、SvZEP、SvCCD4上调;多胺促进雌、雄成花,雌、雄蒿柳成花过程中SvPAO多表现下调,而与多胺合成相关的基因SvSPD1、SvSPD2以及阳离子运输的SvCAT1均上调表达,多胺正调控SvFT并入蒿柳成花调控网络。6.蒿柳性别间共鉴定1 325个DEGs,雄蒿柳相对于雌蒿柳上调743个,下调582个;在营养生长期共得到488个DEGs,其中293个DEGs上调,195个下调;花芽生理分化期共445个DEGs,其中263个上调,182个下调;花芽形态分化期共390个DEGs,其中上调185个,下调205个。7.在营养生长期,雌、雄蒿柳内源物质含量无显著变化,差异表达基因少;进入花芽分化期后,雄蒿柳中促进雄配子体发育的基因如SvPGLR、SvPME、SvLAC、寡肽运输相关的SvNPF、花粉识别相关SvRKS等均显著上调,JA和BR相关的基因如SvECI2、SvCIPK11、SvFLA2、SvCYP707A1、SvCYP87A3也显著上调表达,在雌蒿柳中则表现为下调或不表达,这些雄性器官发育的促进基因在小孢子体出现的绒毡层发育晚期,或者花粉四分体分离之前的花粉外壁形成期上调表达,对蒿柳雄花的形成具有促进作用。8.雌蒿柳中影响胚珠发育的苯丙素和黄酮代谢途径的SvTOGT1、SvHST,与氨基酸转运和合成相关的SvANT1、SvAAP3、SvBCAT2显著上调表达;与雌配子体发育及成花相关的响应乙烯信号的AP2同源基因SvAIL6及乙烯信号响应转录因子ERF上调表达;抑制雄蕊生长的如SvRPN10、SvFDX3、SvSAUR、SvGID1B等上调表达;SvJMJD6、SvAK7、SvGAMMACA1,SvSPL6、SvSPL13B、SvSPL2及2个没有注释但差异显著表达的基因Unigene37566_All、Unigene44817_All上调表达。这些结果暗示了线粒体编码基因、组蛋白甲基化及miRNA转录后调控在蒿柳性别决定中均可能具有重要作用,有必要对这些基因作进一步深入研究。
【学位单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S793.9;Q943.2
【部分图文】：
1995; Charlesworth & Guttman, 1999)，染色单体上两个色体进化的关键事件，一旦重组被抑制，性别决定区（SDR其他重复序列，染色体逐渐异化，最终形成形态各异的性染体性别决定类型：XY、ZW 和 UV（bachtrog et al., 2011），虽，但具有性染色体的植物仅 25 科 70 多种（孟金陵, 1995; M 类型为雄异配型，雄株（XY），雌株（XX），如白麦瓶草（Sileciao leracea)、大麻(Cannobis sativa )、桑树（Morus L)、杨(Populous tomentosa Carr.)、蛇麻(Humulus lspulus）、女娄菜于这一类型。ZW 类型为雌异配型，雌株为 ZW 型，雄株为elatior)、大果草莓(F．gradiflora) 、毛果杨（P. Trichocarpa 2011; Shibata et al., 1999）。
技术路线图
旬，落叶期为 10 月上中旬，10 月下旬进入休眠。雌、雄植株间物候期略有不同，雄株比雌株物候期早 5-7 d，但进入休眠期的时间基本一致。2.2.2 赛罕乌拉自然保护区 2015 和 2016 温度年变化根据 2015（图 2-1A）和 2016 年（图 2-1B）赛罕乌拉自然保护区的日温度变化结合蒿柳物候记录，春季，蒿柳一般在日最高温为5 ℃左右时开始萌动，具体时间在3 月中旬，4 月上旬，日最高温达到10 ℃时开花。秋季，日最低温度至10 ℃时，新梢停长并封顶，具体时间为8 月中下旬；低于5 ℃时落叶，并逐渐进入休眠状态。根据蒿柳物候及年温度变化，赛罕乌拉地区蒿柳新梢伸长生长时间集中在4 月下旬至8 月中下旬，共100-120 d。A
【参考文献】
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1 宁坤;杨洋;马述山;李慧玉;;11条白桦BpSPL家族基因的生物信息学和表达分析[J];林业科学研究;2016年05期
2 王艳艳;管世铭;盖树鹏;刘春英;战新梅;张玉喜;;异源表达牡丹PsSPL基因影响拟南芥营养生长与开花时间[J];植物生理学报;2016年08期
3 朱振家;姜成英;史艳虎;陈炜青;陈年来;赵梦炯;吴文俊;;油橄榄成花诱导与花芽分化期间侧芽内源激素含量变化[J];林业科学;2015年11期
4 翟飞飞;孙振元;;木本植物雌雄株生物学差异研究进展[J];林业科学;2015年10期
5 牛辉陵;张洪武;边媛;李新岗;;枣花分化发育过程及其内源激素动态研究[J];园艺学报;2015年04期
6 施雁飞;游新才;张逸;吕天航;张今今;;茶树花芽分化解剖与形态学研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2015年02期
7 王海波;赵君全;王孝娣;史祥宾;王宝亮;郑晓翠;刘凤之;;新梢内源激素变化对设施葡萄花芽孕育的影响[J];中国农业科学;2014年23期
8 宋杨;窦连登;张红军;;高等植物成花诱导调控的分子和遗传机制[J];植物生理学报;2014年10期
9 段九菊;张超;曹冬梅;康黎芳;王云山;;低温诱导对蝴蝶兰花芽分化及碳、氮含量的影响[J];山西农业科学;2014年07期
10 洑香香;冯岚;尚旭岚;杨万霞;方升佐;;青钱柳雌、雄花芽分化进程的形态解剖特征观察[J];南京林业大学学报(自然科学版);2011年06期
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1 高英;核桃花芽分化组织学和激素原位分析研究[D];中国林业科学研究院;2014年
2 高武军;石刁柏雌雄株间细胞学、内源物质及分子标记研究[D];河南大学;2008年
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2 董硕;核桃雌雄性别分化生理特性研究[D];河北农业大学;2008年
3 张姝媛;丁香属两种植物花芽分化形态发育及其生理基础的研究[D];内蒙古农业大学;2008年
4 李月芳;青花菜春化作用与体内碳、氮代谢的关系[D];东北农业大学;2006年
本文编号：
2881262
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