干旱胁迫下不同春小麦的生理响应及转录组分析

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本文利用不同生态区3个春小麦品种为材料,从萌发期和苗期分别对抗旱机制进行研究,揭示其抗旱生理基础,再利用基因芯片技术对干旱胁迫下根部进行转录组分析,从转录和表达层面揭示抗旱小麦品种可能存在的抗旱机制。主要研究结果如下:  (1)萌发期抗旱研究结果表明:随干旱胁迫时间延长,各品种的胚芽鞘、最长胚根长及胚根数目都有所抑制;15%PEG-6000处理对3个春小麦品种各个萌发指标抑制作用不明显;25%PEG-6000处理具有显著的抑制作用,其相对发芽率、相对发芽势、萌发抗旱指数及活力指数都显著下降。综合评价结果表明,和尚头的抗旱萌发特性最强,宁春4号次之,高原448最弱。  (2)苗期生理研究结果表明:对照条件下,3个品种生理指标差异不显著(p>0.05)。干旱胁迫条件下,3个品种各生理指标差异显著(p<0.05)。旱地品种和尚头的叶片含水量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶及谷胱甘肽过氧化物酶都高于宁春4号和高原448;电导率、丙二醛及过氧化氢等指标低于宁春4号和高原448。水地品种高原448抗旱性最差。在正常生长条件下,和尚头的上下表皮气孔密度也显著较其他品种低,这些结果与和尚头的抗旱机制具有密切关系。  (3)转录组分析结果表明:从和尚头、宁春4号和高原448中分别筛选出8152,7407和6786个差异表达基因,其中上调基因分别占差异表达基因的52.77%、47.5%及45.37%,下调基因分别占47.23%、52.5%及54.63%。干旱条件下,和尚头被诱导的差异表达基因最多,且被诱导的上调表达基因多于其他两个品种,被抑制的基因少于其他两个品种,这种基因差异的分布可能与不同的品种对水分胁迫适应机制的不同有关。  (4)通过对3个品种差异基因进行注释发现,和尚头、宁春4号及高原448各自特有上调基因分别注释到408、238及171个基因条目,特有下调基因分别注释到187、206及253个基因条目。通过对干旱诱导产生大量功能蛋白和调节蛋白的富集差异倍数分析发现,和尚头中LEA蛋白、分子伴侣蛋白HSP70、水通道蛋白AQP3、超氧化物歧化酶及谷胱甘肽转移酶等大量富集上调基因中,富集倍数高于宁春4高和高原448,这些大量富集的蛋白可能为和尚头抵御干旱起到重要作用。  综上所述,通过对干旱胁迫下萌发期和苗期生理指标比较分析,3个春小麦品种之间的抗旱性存在显著差异,和尚头的抗旱性最好,高原448的抗旱性最弱。此外,转录组数据也显示出一些与干旱胁迫应答的功能基因在和尚头品种中大量富集,这在很大程度上丰富了和尚头的耐旱性,为了解其抗旱机制提供了依据。
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