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独脚金内酯调控水稻代谢的分子机制认领

作者：

周秀娟

学位授予单位：

海南大学

摘要：

植物产生大量的代谢产物调节生长发育和环境适应性。独脚金内酯(SLs)作为一种重要植物激素,在植物的生长发育、调控株型、响应非生物胁迫等方面具有重要作用,但独脚金内酯对水稻氮素代谢等代谢途径的调控及其分子机理仍有待阐明。本研究利用水稻独脚金内酯合成突变体d10和信号转导突变体d14进行了转录组和代谢组联合分析,从代谢组和转录组角度揭示了独脚金内酯合成突变体和信号转导突变体对水稻代谢的调控及其分子基础。主要结果如下:1.本研究利用HPLC-ESI-MS/MS系统对d10,d14和WT进行代谢组分析,共检测到996种代谢物,其中179种代谢物在独脚金内酯突变体中的含量较在野生型中均有显著差异,这些差异代谢物主要是类黄酮、脂质、酚胺和氨基酸。2.本研究对d10,d14和WT进行了转录组测序,在两个突变体中鉴定到490个共同差异表达基因。KEGG通路富集分析表明,大多数差异表达基因富集在次级代谢产物的生物合成、二萜生物合成以及氨基糖和核苷酸糖代谢途径。3.通过代谢组学与转录组学联合分析,我们发现独脚金内酯合成或信号途径缺失总体上抑制了类黄酮、氨基酸和脂质的积累,且相关基因表达量也发生显著变化。在d10和d14中,6种二萜类植物抗毒素的含量显著提高,萜类化合物合成基因簇及其上游转录因子WRKY45的表达也显著高于野生型。4.公开数据表明,独脚金内酯下游转录因子IPA1可能直接调控多个代谢途径的关键基因,包括萜类、类黄酮、氨基酸和脂质合成途径。酵母单杂交、双荧光素酶及转基因实验表明,IPA1可以结合到谷氨酰胺合成酶基因OsGS1的启动子上,并且正调控OsGS1表达。同时,本研究还发现IPA1能激活OsNRT1.1B,OsNAA,OsASN1等氮素代谢关键基因。这说明IPA1对于独角金内酯调控水稻代谢具有重要作用。本研究解析了独脚金内酯对水稻多种代谢途径的调控作用,揭示了IPA1在独脚金内酯调控氮素代谢等途径的作用机制,并提供了独脚金内酯参与水稻免疫的新见解,也为水稻遗传改良奠定了理论基础。

摘要译文

关键词：

水稻; 独脚金内酯; 代谢组; 转录组; 氮素代谢

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

生物化学与分子生物学

导师：

罗杰

中图分类号：

S511[稻⑨]

学科分类号：

0901[作物学]

D O I：

10.27073/d.cnki.ghadu.2021.001252