柳枝稷感抗两个品系对碱性盐的生理响应及microRNA的初步分析

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能源植物柳枝稷(Panicum virgatum L.)抗盐碱性强,为了更好了解柳枝稷响应碱性盐胁迫的机制,本试验以碱性盐敏感型AM-314/MS-155(AM-314)和耐受型Alamo为试材,当植株达到五叶期(E5)时,进行水培胁迫处理(Na2CO3:NaHCO3=1:9,Na+浓度为150 mM,pH=9.0),设置5个处理时间点(0 h、3 h、6 h、12 h、24 h)。测定柳枝稷根和叶片相对电导率、渗透调节物质的含量、抗氧化酶活性等生理生化指标,并根据生理生化指标变化趋势,选择其根部样品构建3个小分子RNA文库,挖掘柳枝稷与耐碱性盐相关的miRNA。探究柳枝稷响应碱性盐胁迫的初步生理机制及miRNA分子调控机制,研究结果如下:(1)两个品种根和叶片的相对含水量均随着胁迫时间增加呈上升趋势,在胁迫24 h,抗性品种根和叶相对含水量能保持在85%以上,而敏感品种根和叶的相对含水量降低到72%,两个品种叶片相对电导率和丙二醛含量均随胁迫时间增加呈上升趋势。而根中丙二醛含量呈现先上升后下降趋势,在6 h达到最大值,抗性品种和敏感品种在与照相比分别显著提高40.12%、32.06%(P<0.05)。无论是根还是叶片,敏感品种的相对电导率和丙二醛含量均高于抗性品种,相对含水量低于抗性品种。(2)两个品种叶片中脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量随处理时间的延长呈上升趋势,而根中呈先上升在下降的趋势。在胁迫6 h时抗性品根中脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白达到最大值,与对照分别相比分别显著曾加了113.99%、17.21%、11.85%(P<0.05)。敏感品种在12 h达到最大值。抗性品种叶片和根中的脯氨酸含量均大于敏感品种,而敏感品种叶中叶片可溶性蛋白含量显著高于抗性品种(P<0.05)。(3)两个品种中SOD、POD、CAT活性和谷胱甘肽含量变化规律基本一致,随处理时间延长呈先上升后下降的趋势,在叶片中SOD和CAT在处理12 h时达到最大值,而POD在6 h时达到最大。根中的三种保护酶活性与叶片相比提前(3 h、6 h)达到最大值。无论是根还是叶片,抗性品种SOD和CAT活性均于高于敏感品种而谷光甘肽含量低于敏感品种。(4)通过高通量测序,6个sRNA文库共鉴定出1049个已知miRNA,68个未知miRNA,其中894个miRNA是保守。在抗性品种中有72个差异共表达的miRNA,敏感品种中有19个,两个品种中所有差异表达的miRNA共预测到2595个靶基因,两个品种中共有41差异miRNA与碱性盐相关miRNA显著下调(P<0.05)。(5)GO分析结果显示:差异表达的miRNA在代谢过程,细胞过程和对刺激的响应上显著富集(P<0.05)。KEGG分析结果显示:主要富集在代谢途径和遗传信息的处理上。在抗性品种Alamo中处理6 h时发现4个差异表达miRNA(novel-miR-23、novel-miR-31、amg-miR396、sbi-miR5568c-5p)富集到过氧化物酶体代谢通路中(ko04146),参与过氧化物酶体中活性氧的清除。在品种敏感品种中处理6 h时发现差异表达3个差异表达miRNA(novel-miR-6、zma-miR169i-3p、zma-miR167g-3p)富集到谷胱甘肽代谢通路,miRNA通过抑制谷胱甘肽转移酶基因表达,来减少谷胱甘肽分解代谢,与实测的谷胱甘肽含量变化趋势一致。通过miRNA靶基因功能注释,敏感品种AM-314在碱性盐胁迫下,差异表达miRNA主要参与调控细胞活性氧的清除,乙烯信号的传导,及根、芽、花的发育过程,而在抗性品种中miRNA除了在敏感品种中参与的功能外,还参与水分运输,DNA的甲基化,对高渗透压响应,激活胁迫相关基因等更为复杂响应碱性盐胁迫过程。
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