毛竹笋—竹生长发育过程系统分析与生长素相关基因研究

【摘要】作为具有极高经济价值、生态价值和文化价值的中国最重要的经济竹种之一，毛竹（Phyllostachysedulis）是世界上生长速度最快的物种之一。其奇特的笋—竹生长发育（冬笋—春笋—幼竹，本文简称笋—竹）一直以来备受研究者的关注，但有关其生长发育内在机制的研究甚少。为此，本研究以毛竹基因组数据为参考，分析笋—竹快速生长阶段的转录组及特异基因的差异表达；根据毛竹笋—竹生长发育进程，分析不同生长发育时期和部位的内源激素变化及笋尖解剖结构的动态变化；在此基础上，筛选可能参与毛竹快速生长的关键基因，进行系统进化分析，同时进一步分析其在毛竹笋—竹生长发育过程中的表达模式，并进行基因克隆与分析；结合转录组、激素含量、解剖结构及基因系统进化与表达分析的动态变化，综合分析毛竹笋—竹生长发育的内在机制。主要研究结果如下：（1）转录组测序分析结果显示，共获得10,689个差异表达基因（|log2Ratio(RPKM-HRPKM-CK)|≥2和FDR﹤0.001），其中6,076个基因上调，4,613个基因下调；差异表达基因按照功能划分至细胞代谢、细胞运输、信号转导以及抗虫反应等多个类别中，分别涉及细胞壁代谢、碳代谢、氮代谢、信号转导、转录、抗性等功能类别。从10,689个差异表达基因中，进一步筛选出可能参与毛竹快速生长的关键候选基因，这类基因分别涉及编码转录因子家族、植物激素、细胞周期调控、细胞代谢与形状等方面。其中，植物激素相关基因1,154个，占差异表达基因总数的11%之多，而生长素相关基因为169个，在激素相关基因中占有较大比例。（2）植物内源激素分析显示，在毛竹笋—竹不同生长发育时期，吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）、玉米素（ZR）、油菜素内酯（BR）和脱落酸（ABA）等5种内源激素浓度呈现整体波动性，均为先上升后下降趋势，其中IAA基本呈现单峰曲线变化；GA3呈双峰曲线变化；ZR浓度基本均呈单峰曲线变化；BR大致呈三峰曲线变化；ABA在各个时期的变化趋势明显不同甚至相反，在初期冬笋时处在较高水平，随着生长发育进行明显下降，随后生长进入盛期、末期后又呈明显上升趋势。此外，5类激素间的比值基本均呈单峰曲线变化，均为先上升后下降趋势，且峰值主要集中出现在笋体高度为1m和6m时，与此对应的1m笋高期是基部最早的显著伸长期，6m笋高期是中部的显著伸长期；促进细胞生长和伸长的IAA、GA3、ZR、BR浓度和抑制细胞生长的ABA的浓度比值呈显著正相关。特别指出的是，在同一生长发育时期的3个不同生长部位的IAA含量，除冬笋外，顶部含量最高，向下呈向基性递减，且均具有显著差异。（3）毛竹笋—竹不同生长发育时期笋尖解剖结构分析结果表明，至少笋体生长至6m高时笋尖分生组织仍处于旺盛的细胞分裂状态，其不断生长、分化、伸长，表现为生长轴不断伸长并分化出主侧芽，主侧芽又生长、伸长分化出次级侧芽，依次向下分化直至笋体高达12m高生长完成后形成毛竹各级侧芽的形态建成，与居间分生组织形成的节间伸长共同完成毛竹笋—竹的生长发育。同时，此过程中笋尖及侧芽细胞分裂、分化旺盛，毛竹的笋尖和各级侧芽等一直处于幼嫩顶尖状态，这与毛竹笋—竹不同生长发育时期的三个生长部位中顶部生长素的最高含量相对应。（4）转录组分析、酶联免疫检测和组织切片观察等结果表明，生长素及其相关基因在毛竹笋—竹生长发育过程中发挥重要作用，因此本研究选择转录组中差异表达显著的3个生长素相关基因PheLAX3、PheARF、PheSAUR进行系统进化、表达模式、基因克隆等研究。系统进化关系聚类结果显示，PheLAX3、PheARF、PheSAUR与拟南芥、水稻相应基因家族中参与细胞分裂、分化、伸长等的相关基因聚在一起。qRT-PCR表达模式分析结果表明，在毛竹笋—竹不同生长发育时期，PheLAX3基因表达量顶部高于基部，笋体6m高时顶部数值量达最大值，与生长素的含量变化大致相对应；PheARF在毛竹笋—竹快速生长阶段，顶部表达量基本都维持在较高水平，以笋体9m高时值最大，中部表达量逐渐下调，基部表达量逐渐上升，而越冬期冬笋和展叶后茎秆的表达量相对下降；总体上，PheSAUR基部的表达量变化不大，在笋体3～12m高时，同一时期以中部表达量最高，与此时对应的毛竹茎秆中部茎节的快速伸长相符。PCR扩增与测序结果显示，本研究成功克隆3个毛竹生长素相关基因PheLAX3、PheARF、PheSAUR的CDS全长序列。
【作者】张春玲；
【导师】彭镇华；
【作者基本信息】中国林业科学研究院，森林培育学，2014，博士
【关键词】毛竹；笋—竹；转录组；酶联免疫；组织切片；生长素相关基因；

【参考文献】
[1]丁佳奇.企业所得税纳税筹划方法研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[2]曹雨真.中国传媒产业政策分析与研究[D].四川大学,行政管理,2003,硕士.
[3]李晓林.石墨烯含量对齿轮用复合材料性能的影响研究[J].热加工工艺,2015,10:139-141.
[4]赵剑明.基于规则树的大规模网络入侵可视化[D].吉林大学,网络与信息安全,2013,硕士.
[5]黄超.江西省粮食生产可持续发展研究[D].江西农业大学,土地资源管理,2012,硕士.
[6]贾知青,庄菁.时态模式数据挖掘在金融领域的应用[J].石油大学学报(社会科学版),2004,05:26-29.
[7]马静.合同解除制度研究[D].河北大学,民商法学,2014,硕士.
[8]黄坤.基于FRBR融合人脸图像和文本的信息检索研究及应用[D].重庆交通大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[9]薛影会.基于小波理论的桥梁结构损伤识别[D].辽宁工程技术大学,结构工程,2012,硕士.
[10]马金菊.PCERG-1102多晶型研究[D].郑州大学,生物化工,2013,硕士.
[11]成罗茜.“碰瓷”案件的定性问题研究[D].辽宁大学,法律,2012,硕士.
[12]赵厦.亲水性顺铂磁性固体脂质纳米粒分子设计[D].河北医科大学,药物分析学,2014,硕士.
[13]夏禾,曹艳梅.轨道交通引起的环境振动问题[J].铁道科学与工程学报,2004,01:44-51.
[14]苏红.托尼·本尼特的文化理论研究[D].河北大学,文艺学,2014,硕士.
[15]裴海兴.冶金矿山矿用炸药的现状及发展趋势[J].矿业快报.2008(05)
[16]张余良.肺多形性癌临床分析并文献复习（附1例报告）[D].山东大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[17]白玉龙.栽培模式对旱地土壤水热效应和西瓜生长的影响[D].甘肃农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[18]龚怀瑾.智能算法的研究及其在水质预测上的应用[D].江南大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[19]张楠.改写理论视角下《丰乳肥臀》英译本中改写现象的研究[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[20]王耀,屠立.CRM中的信息技术应用与实施[J].机电工程技术,2004,03:29-30+42.
[21]本刊编辑部,闫辉.程序员成长系列之五从程序员到数据库管理员[J].程序员,2003,02:16-19.
[22]吴银波.不同人口家庭结构和婚姻关系的比较研究[D].苏州大学,应用心理学,2014,硕士.
[23]叶盛.卷取带钢速度测量系统的开发[J].冶金自动化,2007,06:60-62.
[24]胡锦城.基于稳定特征的交通标志检测与识别技术研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[25]江昼,王虎魂.基于SWOT分析的经济发达地区经济转型思路探讨研究——以张家港市体育旅游发展研究为例[J].南京体育学院学报(自然科学版),2014,05:148-154.
[26]李永飞.PTEN和P53在非肌层浸润性膀胱肿瘤中的表达及临床意义[D].南京医科大学,外科学,2013,硕士.
[27]张洪飞.论离婚损害赔偿制度[D].华中师范大学,婚姻法,2012,硕士.
[28]董虹.沉淀法制备FePO_4·2H_2O及在LiFePO_4中的应用研究[D].中南大学,2013.
[29]张德建.基于WiFi的室内定位系统的研究与设计[D].华中师范大学,电路与系统,2014,硕士.
[30]赵化龙.介质阻挡放电等离子体处理载体对Ni/SiO_2催化剂性能的影响[D].天津大学,化学工艺,2013,硕士.
[31]渠扬,丛群书.高校体育课群体凝聚力的现状与策略研究[J].现代物业(中旬刊),2012,09:82-84.
[32]朱维宁.逆境胁迫下小麦脱水蛋白wzy1-2、wzy2基因及启动子的功能研究[D].西北农林科技大学,生物化学与分子生物学,2014,博士.
[33]吕丽艳.缺血性肠病的临床特点及诊疗分析[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[34]马水山.长江水政监察总队采砂管理支队的组建与管理[J].中国水利.2003(21)
[35]张瑜.韩中表示推测情态的语法形态之对比研究[D].山东大学,亚非语言文学,2013,硕士.
[36]边学成,李公羽,李伟,蒋红光.基于双平面镜三维成像的粗粒料形状特征分析[J].土木工程学报,2014,09:135-144.
[37]杜赫.舆情监测系统的设计与实现[D].北京交通大学,2013.
[38]王萍.歌剧咏叹调《哦，我的费尔南多》音乐及演唱分析[D].中国音乐学院,音乐学,2014,硕士.
[39]董红宇,黄敏,王兴伟,郑秉霖.一体化中包计划模型与算法[J].控制与决策,2009,11:1729-1734+1739.
[40]王俊.基于交叉梯度重磁联合反演方法技术研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[41]曹付元.多值信息系统与决策表知识约简[D].山西大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[42]刘木齐,席武夷,李开成,袁磊,李晓宇,李玉兰,陈思捷.联锁系统逻辑测试方法研究[J].铁路计算机应用,2014,10:56-59.
[43]袁婕.我国商业银行资本补充工具创新研究[D].云南财经大学,金融学,2014,硕士.
[44]刘轶成.超宽带无线定位算法性能分析[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[45]王艳.中小上市企业财务冗余影响因素及其经济后果的实证研究[D].中南大学,工商管理,2013,博士.
[46]王祥玉.中铁十局兰渝铁路14标项目成本控制研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[47]罗丹.自密实轻骨料混凝土框架柱抗震性能研究[D].湖南科技大学,应用经济学,2013,硕士.
[48]彭静.初中英语课堂师生对话研究[D].四川外国语大学,课程与教学论,2014,硕士.
[49]甘露.多孔硅纳米线阵列的可控制备及其发光性能提升研究[D].浙江大学,半导体纳米材料（专业学位）,2014,硕士.
[50]涂俊.恒泰期货业务管理系统设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.