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航天诱变耐盐小麦突变体的耐盐胁迫关键代谢途径及相关基因研究

熊宏春  郭会君  谢永盾  赵林姝  古佳玉  赵世荣  李军辉  刘录祥  
【摘要】:【研究背景】土壤盐渍化是作物面临的主要非生物胁迫之一,严重影响作物的产量和品质。全球超过6%的耕地遭受盐胁迫,并且盐渍土面积在干旱、半干旱地区逐渐扩大,土壤盐渍化已成为灌溉地区农业生产的主要威胁之一。小麦是我国主要的粮食作物,也是盐渍化土壤重要的栽培作物之一。提高小麦耐盐胁迫能力及培育抗盐小麦新品种是农业生产中值得关注的问题,而探究小麦耐盐的机理为抗盐小麦新品种培育奠定理论基础,对改善盐渍化土壤中小麦生长具有重要的指导意义;【材料与方法】供试材料为野生型济麦20和航天诱变耐盐小麦突变体st1;通过苗期盐敏感性鉴定,从小麦突变体库中筛选得到st1;分别取200 mM NaC1处理的野生型和突变体地上部样,提取RNA并纯化后,经mRNA片段化、cDNA链合成、纯化、末端修复及连接测序接头,完成文库的制备。基于Illumina HiSeq测序平台将构建好的文库进行测序。通过小麦基因组数据库及生物信息学分析完成突变基因及相关基因表达分析;【结果与分析】利用航天诱变技术,结合苗期耐盐性鉴定,筛选获得了一个小麦耐盐突变体st1。相对于野生型,st1突变体在高盐处理后的发芽率显著提高。高盐处理生长5天后,st1地上部重显著高于野生型,同时Na~+浓度和丙二醛含量较野生型显著降低;对野生型和st1转录组突变位点分析,表明SNP数目要远多于InDel,且SNP突变中嘌呤与嘌呤及嘧呤与嘧呤之间转换的数目是嘌呤与嘧呤之间颠换的SNP数目的2倍,四种颠换类型中G和C之间的颠换数目最多;对突变基因GO富集分析发现两个突变基因富集在"sodium ion transport"过程中,可能直接参与st1突变体的耐盐胁迫;进一步分析盐胁迫响应的野生型和st1转录组表达谱,表明氧化还原过程,淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢及亚油酸代谢等的调节在st1突变体耐盐过程中发挥重要作用;此外,对响应盐胁迫且在耐盐st1中高表达的基因进行分析,探讨了参与st1突变体耐盐胁迫过程的其它关键基因,包括编码精氨酸脱羧酶、多胺氧化酶的基因、氧化还原与激素相关基因及一些转录因子;【结论】本研究揭示了氧化还原过程的平衡对st1耐盐胁迫具有重要作用;参与st1耐盐胁迫关键基因有精氨酸脱羧酶、多胺氧化酶基因、氧化还原、激素及转录调控相关基因。该研究将为培育耐盐小麦新品种提供新材料和新思路。

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