海州香薷耐铜性转录组学研究及其完整叶绿体基因组解读

论文摘要

海州香薷是我国南方铜矿床生长的一种耐铜植物,俗称“铜草”,因为它在植物修复铜污染土壤中起着至关重要的作用,铜是一种重要的金属。然而,大多数对海州香薷耐铜的研究还未涉及其铜胁迫下转录基因的动态变化,很少有研究从遗传学和转录组的角度分析和探讨铜耐受性的相关机制。一方面,本研究利用转录组学技术探究海州香薷对铜的耐受性。研究组装了海州香薷幼苗的根基因,在三种不同铜浓度（T1:10μmol/L Cu2+、T2:50 μmol/L Cu2+、T3:100 μmol/LCu2+）胁迫下处理7天后,以及对照组（CK）幼苗的根基因的转录组数据,从海州香薷的转录组数据注释中得到58,525个unigenes。对差异表达基因的进行功能分析,包括海州香薷铜胁迫组间差异基因GO功能显著性富集分析和Pathway显著性富集分析。差异表达基因显著富集的通路主要是与核糖体、吞噬体、氮代谢、角质、木栓质及蜡质生物合成、细胞分裂素合成、泛醌和其他萜类化合物-醌生物合成、光合作用-触角蛋白、光合作用、光合作用中的碳固定、α-亚麻酸代谢等代谢通路。这些代谢通路间相互联系,协同作用。对照组相比,三个实验组分别筛选出16、9、15个差异表达的铜相关金属离子转运蛋白基因。光合作用-触角蛋白、光合作用、光合作用的碳固定以及α-亚麻酸代谢等差异表达基因显著富集的KEGG通路与叶绿体密切相关。这些为后续研究提供转录组水平的基础数据以及可能参与铜胁迫抗性的相关基因和通路。另一方面,本研究利用二代测序完成了海州香薷叶绿体基因组的从头组装,完整的海州香薷叶绿体基因组长度为150,761 bp（GC含量37.8%）。反向重复序列（IRs）25,572 bp,单拷贝区 17,473 bp（SSC）和82,144 bp（LSC）,包含87个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因。海州香薷叶绿体基因组中有30个长重复序列（LSR）和65个简单重复序列（SSR）。通过对11种唇形科植物的叶绿体基因组进行了比较分析,唇形科植物IRs区序列保守性高于LSC和SSC区。系统发育分析表明,海州香薷在进化关系上与紫苏属更近。海州香薷叶绿体基因组完整序列分析也为其他超积累植物的基因组学和遗传学方面的研究奠定基础。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
•   1.1 土壤重金属污染现状
•   1.2 过量铜胁迫对植物的毒害效应
•     1.2.1 铜胁迫影响植物正常生长发育
•     1.2.2 铜胁迫对植物光合作用的影响
•     1.2.3 铜胁迫对细胞的影响
•   1.3 植物体内铜吸收、转运、积累、解毒机理研究现状
•     1.3.1 植物体内铜的吸收、转运和积累
•     1.3.2 植物对重金属毒害的解毒机理
•   1.4 叶绿体在植物应对非生物胁迫过程中的作用
•   1.5 转录组学在植物研究中的应用及研究现状
•   1.6 研究目的和内容
•     1.6.1 研究目的
•     1.6.2 研究内容
• 2 高铜胁迫下海州香薷铜相关的差异表达基因分析
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 植物材料
•     2.1.2 实验所用试剂及仪器
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 海州香薷材料准备
•     2.2.2 香薷总RNA的提取
•     2.2.3 转录组测序策略
•     2.2.4 实验数据分析软件及网站使用
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 海州香薷高铜胁迫下转录组的从头组装
•     2.3.2 海州香薷转录组注释
•     2.3.3 海州香薷转录组差异表达分析
•     2.3.4 海州香薷转录组差异表达基因的功能分析
•   2.4 小结与讨论
• 3 海州香薷完整叶绿体基因组及比较基因组学分析
•   3.1 实验材料和方法
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 实验所用主要试剂及仪器
•     3.1.3 实验方法
•     3.1.4 叶绿体基因组生信分析方法
•     3.1.5 实验数据分析主要使用的软件及网站
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 海州香薷叶绿体全基因组序列获取与基因组注释
•     3.2.2 唇形科叶绿体基因组的比较基因组学分析
•   3.3 小结与讨论
• 4 全文总结与展望
•   4.1 主要研究结论
•   4.2 本文创新点
•   4.3 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁乐乐

导师: 彭红云

关键词: 海州香薷,铜耐性植物,转录组学,叶绿体基因组,比较分析

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 浙江大学

基金: 中国农业科学院科技创新工程(CAAS-ASTIP-2017-IAR),国家自然科学基金(No.21277121)

分类号: Q943.2

总页数: 87

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