盐生草盐分区隔化耐盐机制研究

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文盐生草盐分区隔化耐盐机制研究StudyonthesalttolerancemechanismsofioncompartmentationinhalophyteHalogetonglomeratus汪军成指导教师姓名王化俊教授（甘肃农业大学兰州730070）学科专业名称作物遗传育种研究方向现代生物技术及其在作物遗传育种中的应用论文答辩日期2017年12月16日学位授予日期2017年12月答辩委员会主席张怀刚研究员评阅人陈鹏教授陈庆山教授刘保申教授2017年12月16日甘肃农业大学2017届博士学位论文盐

2、生草盐分区隔化耐盐机制研究摘要土壤盐渍化是一个世界性的问题，它遍及全球100多个国家。根据联合国教科文2组织和粮农组织统计，全世界土壤盐渍化面积达10亿hm。全世界灌溉农田50%受到62土壤积盐的危害，并以每年10×10hm的速度在扩展。中国盐渍化土壤面积约3600多22万hm。全国每年因盐碱化废弃的土地达25万hm，盐化耕地每年少收粮食207亿kg。21世纪，土地盐渍化还将带来一系列环境问题，影响农业的可持续发展，并最终影响人类的生活。研究耐盐机理，发掘耐盐基因，培育耐盐作物新品种是解决土壤盐渍化的关键。盐生草（Halogetonglomeratus）为一

3、年生盐生植物，广泛分布于中国西北旱区，蒙古及中亚等区域，多生长于荒漠、盐碱地区，集耐盐和抗旱于一身，是理想的获取耐盐和抗旱基因的野生资源，而关于其耐盐机制知之甚少。基于此，本研究以盐生草为材料，采用形态学、生理学、生物化学、细胞学、转录组学及蛋白组学的方法对盐生草耐盐机制进行了系统研究，取得了如下主要结果：1.盐生草为典型组织耐盐型盐生植物，100mMNaCl是其适宜生长的盐浓度；在盐胁迫条件下保持叶片组织高含水量、气孔开度和调节离子平衡是盐生草主要的生理响应盐胁迫策略。+2.Na在盐生草根、茎、叶片中分布不均匀，根中含量最低，茎次之，叶片中最高；肉质化叶片

4、是盐分富集的最主要器官，叶片贮水组织是其盐分富集的最主要部位，最+终Na区隔化于叶肉贮水组织细胞的大液泡中。3.用200mMNaCl对盐生草幼苗胁迫处理0，6，12，24h和72h后，采集叶片进行转录组学测序分析，最终共鉴定到50,267条unigene；通过与蛋白数据库Nr、Nt、Swiss-Prot、COG、GO、KEGG的比对，其中31,496（62.66%）条unigene得到了功能注释；可注释到44条GO术语和128条KEGG通路中；共鉴定到118个盐诱导表达基因和291个盐胁迫上调表达基因，这些基因主要参与了离子转运、ROS清除、能量代谢、激素调

5、节和胁迫响应等生物学过程，同时也获得了大量未知功能基因，这些基因在盐生草响应盐胁迫中的作用需进一步明确。4.结合生理和iTRAQ比较蛋白质组学方法分析了盐生草叶片悬浮细胞系对NaClI甘肃农业大学2017届博士学位论文胁迫响应的分子特征，发现盐生草叶片悬浮细胞系与盐生草植株有相似的盐生生长特性；在NaCl浓度为200mM和400mM胁迫下分别鉴定到87、192个NaCl胁迫共表达上调与下调蛋白，这些蛋白参与了能量代谢、碳水化合物代谢、胁迫防御、信号转导、细胞生长、细胞骨架改变等生物学过程。5.首次运用Pacbio的单分子测序技术Iso-Seq，构建了盐生草全

6、长转录组数据库，最终获得54,835条一致性isoform，平均长度为2,663bp；共有53,230（97.07%）条isoform序列与已知基因序列匹配，其中52,141（95.07%）条isoform成功获得了其编码序列（CDS）；对幼苗进行0，100，200，400mMNaCl胁迫处理3d，在叶片中分别鉴定到115、87个盐胁迫响应的共表达上调、下调差异isoform（DEIs），同时发现有16个共+表达上调DEIs其编码蛋白质拥有跨膜结构域（TMD），可能包含Na跨膜转运相关蛋白。+6.已知调控Na液泡区隔化NHX基因和质膜外排的SOS1基因在以上

7、NaCl胁迫响应的转录组学、蛋白质组学分析中，盐胁迫前后其表达量并没有呈现显著差异。+上述结果初步揭示了盐生草盐分区隔化耐盐机制，但负责盐生草叶肉细胞Na液+泡区隔化和质膜外排的转运体仍旧未知，盐生草叶肉细胞可能拥有特殊的Na转运调控机制，需进一步深入研究。+关键词：盐生植物；盐生草；耐盐机制；转录组；蛋白质组；Na区隔化II甘肃农业大学2017届博士学位论文StudyonthesalttolerancemechanismsofioncompartmentationinhalophyteHalogetonglomeratusSummarySoilsalini

8、zationhasbecomeaglobalconc