薄壳山核桃全基因组LBD基因家族的生物信息学分析

  目的  研究薄壳山核桃Carya illinoensis LBD基因家族结构特征、进化模式和在胚发育过程中的表达模式。  方法  运用生物信息学手段鉴定薄壳山核桃LBD基因,分析该基因结构特征、系统发生学关系、显花植物中的进化历史和在胚发育过程中3个关键阶段的表达模式。  结果  薄壳山核桃全基因组中一共鉴定到52个候选LBD基因。根据基因结构、系统发生学最大似然树和Motif分析可分为3类:GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ。多序列比对分析中,52个LBD基因LOB结构域中鉴定出3个重要的结构:CX₂CX₆CX₃C锌指结构、高度保守的甘氨酸GAS结构和亮氨酸拉链(zipper-like)结构,并且在3类内都分别发生了特异性的的变异或者缺失。根据代表性显花植物LBD基因家族的系统发生学分析,从变异程度看GroupⅠ和GroupⅡ相对较为保守,而GroupⅢ内的所有LBD基因共享1支较长的分支,它们已发生了较大的变异,可能已经分化出新的功能。表达分析结果显示:LBD基因家族参与调控胚发育过程,通常控制子叶的发育和形态建成。薄壳山核桃LBD基因中又有在整个胚发育过程中都高表达的一簇基因,这些基因可能在胚发育过程中发挥了更加重要的作用。  结论  薄壳山核桃全基因组中共获得LBD基因52个,共可分为3个亚家族,不同的亚家族具有不同的基因结构、蛋白质结构、进化模式和表达模式,转录组表达分析显示:不同亚家族之间在胚发育不同阶段具有差异性表达,它们共同参与调控薄壳山核桃胚发育过程。图5表2参47     

薄壳山核桃幼苗对干旱胁迫的生理生化响应

为探究薄壳山核桃幼苗对干旱胁迫的适应能力,本试验以一年生薄壳山核桃幼苗为材料,采用盆栽控水试验,设置正常供水(CK)、轻度干旱胁迫(LD)、中度干旱胁迫(MD)和重度干旱胁迫(SD)4种水分处理梯度,测定相关生理生化指标并分析叶片超微结构。结果表明,在干旱胁迫50 d时,随着干旱程度加剧,叶绿素a含量呈下降趋势,CK的叶绿素a含量分别是LD和MD的1.22和1.35倍;MD叶片气孔大量闭合,关闭密度达236 个·mm^-2;LD和MD的净光合速率(Pn)较CK分别下降了17.16%和58.42%。此外,渗透调节物质含量在干旱胁迫下显著提高,其中LD和MD的可溶性蛋白含量较CK分别增加了141.68%和204.17%。在干旱胁迫50 d时,MD幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性达到峰值,为367.93 U·mg^-1prot,而过氧化物酶(POD)活性较干旱胁迫20 d出现下降。各水分梯度处理下,LD幼苗长势最好;MD叶片叶绿体结构破坏严重,基粒片层模糊不清;SD幼苗死亡,故为满足幼苗生长需要,应保证种植地土壤含水量达到田间持水量的35%以上。本研究结果为薄壳山核桃栽种区域的选择以及进一步扩大薄壳山核桃栽种面积提供了理论依据。