论文部分内容阅读
植物多倍体中存在比原株生长快且健壮和缓慢且矮小的两种类型。开展多倍体营养生长性状形成的分子基础研究,对于推动植物多倍体育种理论和技术进步具有重要意义。本论文以‘北林5号杨’[(Populus alba×P.glandulosa)×P.tomentosa]为材料建立了高效的离体组培快繁体系,在此基础上通过施加一定浓度的氨磺乐灵处理离体茎段诱导体细胞染色体加倍获得了白杨六倍体,进而以六倍体和三倍体为材料,对其生长发育特性及不同叶序的叶片转录组和mi RNA进行分析,主要结论如下:(1)建立了‘北林5号杨’叶片、叶柄和根的组培再生快繁体系。研究表明叶片及叶柄再生能力远优于根,其中‘北林5号杨’叶片不定芽再生的适宜培养基为MS+0.1mg/L 6-BA+0.15mg/L NAA+0.02mg/L TDZ,在该培养基下不定芽诱导率可达95%,平均再生芽数为7.77;叶柄不定芽再生的适宜培养基为MS+0.2mg/L6-BA+0.05mg/L NAA+0.01mg/L TDZ,在该培养基下不定芽诱导率可达95%,平均再生芽数为8.15;根不定芽再生的适宜培养基为MS+0.3mg/L 6-BA+0.05mg/L NAA+0.02mg/L TDZ,在该培养基下不定芽诱导率达60%,平均再生芽数为2.82。(2)施加氨磺乐灵处理‘北林5号杨’离体茎段诱导不定芽染色体加倍获得了白杨六倍体植株。筛选出‘北林5号杨’茎段不定芽诱导的适宜培养基为MS+0.1mg/L6-BA+0.11mg/L NAA,诱导率达93.33%、平均再生芽数达7.55个。采用氨磺乐灵溶液浸泡法对‘北林5号杨’离体茎段进行染色体加倍处理,成功的得到了6株白杨六倍体,平均诱导率达19.35%。其中用5mg/L的氨磺乐灵浸泡5mm长的茎段72h,以及采用5mg/L的氨磺乐灵浸泡10mm长的茎段24h,是最佳的六倍体诱导处理条件组合。(3)白杨六倍体属于生长发育缓慢且矮小的多倍体类型。与三倍体相比,白杨六倍体叶片细胞更大、而细胞数量、叶面积及株高生长速率较小。白杨六倍体的第3-13叶位叶片光合速率比同叶位三倍体依次增加78.83～2.78%,但随着叶片叶龄的增加,六倍体第14-20叶位叶片光合速率迅速下降,比同叶位叶片的三倍体依次减少3.33～53.55%。此外,六倍体叶绿素含量和类胡萝卜素含量也均表现出随着叶龄的增大而迅速下降的趋势,显著低于同叶位的三倍体。叶绿体电镜超微结构发现六倍体第17叶位叶片的叶绿体结构紊乱,类囊体片层扭曲且排列松散,而三倍体第17叶位叶片叶绿体膜结构清晰完整,基粒类囊体垛叠整齐紧密。(4)白杨六倍体激素信号转导相关差异基因表达随叶片发育而表现出规律性变化。与IAA信号转导负相关的GH3的上调DEGs数量逐渐增多;与CTK信号转导正相关的B-ARR下调DEGs数量逐渐增多;与ET信号转导负相关的CTR1下调DEGs数量逐渐增多;与ET信号转导正相关的ERF上调DEGs数量逐渐增多;与JA信号转导正相关的JAR1、MYC2上调DEGs数量逐渐增多。表明在六倍体中,随着叶龄的增加IAA、CTK信号转导呈下降趋势,ET、JA信号转导呈增强趋势。这种激素信号转到变化趋势可能是引起白杨六倍体生长速率减慢、叶片加速衰老的重要原因之一。(5)发现随着叶片叶龄的增加,白杨六倍体的光合能力小于三倍体。叶绿素合成、类胡萝卜素合成、光反应与碳固定相关的差异表达基因,在第3、7叶位叶片上多呈上调表达,而在17叶位大多数呈下调表达。包括HEME、CHLH、CHLD和CHLG等参与叶绿素合成的基因;PSY、ZISO、ZDS、LYCB、VDE等参与类胡萝卜素合成的基因;Psb B、Psa K、Psa F、delta等与光反应相关的的基因,以及FBP、SEBP、PRK等与卡尔文循环相关的基因。(6)发现mi RNA随着叶片发育而表现出剂量效应是白杨六倍体营养生长缓慢重要的分子基础。即随着白杨六倍体叶片发育,与营养生长相关的mi RNA表达呈剂量效应,其中靶基因与营养生长正相关的的mi R156a、mi R156g、mi R169aa、mi R530b表达量逐渐上调,甚至显著高于对照三倍体,使得靶基因AFH14、AN3、UBP16、B-ARR表达量受到抑制程度增强而下调;而靶基因与营养生长负相关的novel135表达量随着叶片叶龄的增加而逐渐下调,甚至显著低于对照三倍体,使得靶基因JAR1表达量受抑制程度减弱而显著上调,导致白杨六倍体细胞数量及植株叶面积减少、叶绿体降解及叶片衰老加快,最终使得白杨六倍体比三倍体营养生长缓慢。