马铃薯耐霜冻能力鉴定以及低温处理下表达谱分析

摘要

马铃薯是重要的粮食、蔬菜和工业原料兼用作物，我国是世界马铃薯第一大生产国。但在我国种植的马铃薯容易遭受倒春寒和秋作早霜的冻害，造成产量的下降。Solanum acaule和Solanum demissum均是耐霜冻能力较强的野生种，被认为是进行马铃薯栽培种耐霜冻育种的重要资源。本研究以15份马铃薯栽培种(Solanum。tuberosum)和28份野生种S.acaule、S.demissum为材料，对其霜冻损伤进行评级，分别选择出栽培种中耐霜冻能力差以及野生种中耐霜冻能力强的材料。对选择出来的材料进行低温处理后，提取叶片RNA并进行高通量测序，研究不同耐霜冻能力的材料的基因表达变化。主要研究结果如下：
　　 1.对栽培种材料进低温处理，分别在-1℃、-2℃和-3℃处理12h后，对驯化以及非驯化的材料霜冻损伤进行评级，根据评级结果，栽培种在.3℃处理12h后大面积冻伤或整株死亡，其中栽培种中07HE5h-2耐霜冻能力较强，1090806耐霜冻能力较差。
　　 2.对野生种S.acaule和S.demissum进行低温处理，以栽培种耐霜冻能力较强的材料07HE5h-2为对照，分别在-2℃、-3℃和-4℃处理12h后对驯化以及非驯化的材料霜冻损伤进行评级，根据评级结果，大部分野生种在-4℃处理12h后大面积冻伤或整株死亡，其中野生种S.acaule中一个株系SA-27耐霜冻能力较强。
　　 3.对SA-27和1090806在4℃驯化处理48h的差异表达基因做pathway富集分析，认为糖类代谢(包括淀粉和糖类代谢、多糖降解以及戊糖与葡糖醛酸转化)、脂类代谢(包括不饱和脂肪酸α-亚麻酸和亚油酸的代谢)、植物激素信号传导和苯丙素类合成与1090806和SA-27低温驯化过程均相关。认为精氨酸和脯氨酸代谢途径与SA-27更耐霜冻有关。
　　 4.对上述两个材料由20℃转入-1℃的差异表达基因做pathway富集分析，认为糖类代谢和脂类代谢与SA-27非驯化耐霜冻能力更强有关。其中糖代谢包括麦芽糖、棉子糖系列寡糖的代谢，脂类代谢包括亚油酸代谢。
　　 5.通过pathway富集分析，得到4条pathway中29个差异表达基因可能与马铃薯耐霜冻能力相关，可作为候选基因进行进一步的分析。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 低温对植物的影响

1.1.1 冷害

1.1.2 冻害

1.2 植物对低温的响应

1.2.1 植物低温信号传导

1.2.2 低温驯化与植物抗寒

1.2.3 非驯化植物抗寒

1.3 马铃薯耐霜冻性的研究

1.3.1 低温对马铃薯的影响

1.3.2 马铃薯低温响应基因的研究

1.4 高通量测序及其应用

1.5 本研究的目的和内容

第二章 试验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 种子萌发

2.2.2 材料低温处理及霜冻损伤评级

2.2.3 低温处理及叶片RNA提取

2.3 RNA-seq结果分析

2.3.1 基因表达水平的计算

2.3.2 差异基因的pathway富集分析

第三章 结果与分析

3.1 栽培种材料耐霜冻能力鉴定

3.2 野生种材料耐霜冻能力鉴定

3.3 材料的处理与RNA提取

3.4 RNA-seq结果分析

3.4.1 测序质量的评估

3.4.2 reads的生物信息注释

3.4.3 测序饱和度分析

3.4.4 差异表达基因的筛选

3.4.5 低温驯化下差异表达基因pathway富集分析

3.4.6 非驯化下霜冻温度处理差异表达基因pathway富集分析

3.4.74℃驯化对霜冻温度处理下马铃薯叶片基因表达的影响

第四章 讨论

4.1 耐霜冻材料选择方法

4.2 马铃薯驯化抗冻相关基因

4.3 马铃薯非驯化抗冻相关基因

参考文献

致谢