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生物适应性分化的遗传基础是进化生物学和生态学的基本问题之一。生态基因组学(ecogenomics)的出现为非模式生物在自然环境下适应性分化的遗传基础的研究提供新的契机。半红树植物作为红树植物向陆生植物过渡的中间类群,同时占据着海岸潮间带和内陆两种截然不同的异质性生境,其对不同生态环境的适应反映了生物进化的重要方面。本实验以半红树植物黄槿的两种不同生境的海生和陆生种群为材料,采用cDNA芯片(cDNA microarray)来研究分析和比较两个种群在受到盐胁迫后的基因表达水平的差异,从而进一步了解植物对盐的适应机制。
提取高质量的RNA是研究植物盐胁迫表达谱的前提条件。黄槿植株内所含的多糖、脂类以及大量多酚、色素等次生物质给RNA提取造成了较大困难,经过摸索,本文发展了一项低成本,高效率的RNA提取方法,用该法制得的总RNA能够满足后续多种分子生物学实验的要求;将此方法用于广义锦葵科其它的物种的叶片RNA提取中,同样可以获得较高质量的RNA。本研究首先构建了黄槿(Hibiscus tiliaceus)的cDNA文库,挑取了7310个克隆点制了黄槿的eDNA芯片,然后分别用250mM NaCl处理两个种群2小时、5小时、10小时、24小时以及5天,提取RNA,反转录标记后进行芯片杂交与分析。
研究结果表明,对盐胁迫的响应方式更类似于甜土植物。同时我们发现海生和陆生黄槿在盐胁迫的各个时期的表达谱都呈现出较大差异;尤其是在盐胁迫的初期海生黄槿对盐激呈现出积极响应,海生种群上调的基因数目较陆生种群多出6倍,许多重要的盐胁迫响应因子快速上调。这些基因多为调控网络中处于较上游位置的转录因子或胁迫响应基因,在下游防御通路的开启和关闭中起着非常重要的调控作用。而陆生黄槿的这些基因的表达水平较低或甚至受到抑制,对盐胁迫的响应迟钝和滞后。这些在海生黄槿中迅速上调的盐胁迫响应因子可能启动了下游的与细胞防御相关、转运以及信号转导的一系列基因的上调表达。虽然在整个盐胁迫过程中,陆生种群并没有因为这些重要的胁迫响应相关基因的较慢响应甚至被抑制表达而对其生长各方面立即呈现出影响,但是随着胁迫时间的增长,这种细微差异慢慢得到扩大,导致叶片变黄显著多于海生黄槿,落叶也较明显,受到盐胁迫的影响比海生黄槿明显。对海生和陆生黄槿的盐胁迫表达谱的初步研究结果表明,海生黄槿在长期的对盐生环境的适应过程中,表达谱与陆生种群已经出现较明显差异,对盐胁迫表现出一定的适应。