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作者：

周晓旋

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摘要：

植物界中的胎生现象是指有性生殖产生的后代在母体上不经休眠或短暂休眠即萌发,以潮间带红树植物最为显著.虽然在形态结构,生理生化,生态适应等水平对红树植物的胎生现象已有所研究,但其涉及的分子机制仍未被阐明.本论文以我国广泛分布并具有重要生态学价值的显胎生红树代表物种秋茄(Kandelia obovata)为研究材料,对从胚珠受精到胚轴掉落的一系列发育过程进行形态观察,确定具有转变性意义的阶段及组织,并对其中7个关键组织(受精后的胚胎,胚胎突出种皮前后的子叶及下胚轴,胚轴伸出种皮但仍包被在果皮内时的茎端分生区及下胚轴)进行了转录组测序,以探索秋茄在显胎生发育关键时期的基因表达情况及潜在机制.实验结果如下:(1)秋茄的胎生发育过程与已报道的显胎生发育三次生长模式基本相同,即包含子叶第一次生长,胚轴生长,子叶第二次生长.但秋茄的胚胎发育也有许多独特之处,如:胚在早期为绿色的长线形;子叶表面具有许多凹陷能增大吸收面积;胚胎突破种皮并不依赖胚乳的大量生长,而是由于居间分生区的细胞分裂和生长导致的胚轴伸长,进而突破种皮;种皮和果皮末端细胞特化为薄壁组织有利于胚轴伸出.(2)通过转录组测序,7个组织共获得约120 G的高质量数据,将这些序列denovo组装后得到50526个Unigenes,并对其进行基因功能预测.对发育过程的不同时期相同组织,相同时期不同组织进行比较,发现了许多时间-空间差异表达基因.(3)通过Gene Ontology注释,50526个Unigenes中共有25452个基因获得功能分类.富集分析发现与氧化还原反应,脂肪酸合成,器官形态建成,光合作用,脱落酸合成代谢,油菜素内酯合成代谢,萜烯类合成代谢,一氧化氮合成代谢,激素响应,环境响应等相关的大量基因在不同组别的比较中出现上调或下调现象.(4)50526 个 Unigenes 注释到 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路的基因共有6687个,涉及362个生物学通路,这些基因参与代谢途径,次级代谢物合成途径,激素信号转导通路,光合作用,MAPK级联途径信号通路等许多与生长发育,抵抗逆境有关的通路中.其中,激素信号转导通路中响应生长素,细胞分裂素,赤霉素,脱落酸的基因以及编码类胡萝卜素合成脱落酸的关键酶基因,光系统结构及电子传递基因都有显著的时间-空间差异.(5)50526个Unigenes中有799个基因被预测存在于56个转录因子家族中,包括 bHLH,MYB,bZIP,C2H2,WRKY,NAC,B3,ARF 等.富集分析发现在关键时期的组织有不同的转录因子显著性差异表达,根据已报道的转录因子功能推测这些转录因子很可能直接或间接调控与胎生有关的基因,参与到特定的胚胎发育及环境因子响应过程中.本研究结合传统的形态观察手段及现代转录组测序技术对秋茄胚胎发育过程进行了形态水平和分子水平的研究,进一步补充完善了红树科植物显胎生发育形态结构的资料,首次得到了秋茄早期胚胎发育的基因表达谱.我们分析了实验中每个阶段的时期及组织表达特点,探索胎生发育的分子机制,并初步筛选了一批胎生相关基因,为下一步研究这些基因的功能,全面阐述胎生分子机制提供了坚实的基础.

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学位级别：

硕士

学位年度：

2017