灭绝级植物爪耳木濒危机制与生物信息学挖掘鉴定爪耳木中GA相关基因研究
爪耳木Lepisanthes unilocularis Lennhouts[Otophora unilocularis（Leenh.）H.S.Lo]隶属无患子科（Sapindaceae）鳞花木属（Lepisanthes）常绿灌木,为国家Ⅲ级重点保护野生植物,为海南特有灭绝（EX）级植物。爪耳木历经80年再次被发现,它的濒危机制及其分子机理尚不明确。为研究并尝试解决爪耳木的濒危机制,现有的研究结果表明:爪耳木面临的最大难题在于有性生殖困难。雄花极少且雌、雄花期不遇;种子易脱水失活,自然发芽率很低种种因素导致了爪耳木目前濒危的处境。为研究爪耳木的濒危机制,本文通过实验得到了以下结果:（1）本实验通过测定叶功能性状来探究爪耳木自身生长发育的需求以及其与环境因子间的关系。测定爪耳木新叶（NL）,老叶（OL）的鲜重（WF）、饱水重（WT）、干重（WD）、叶面积（LA）、叶含水量（LWC）、相对含水量（LRWC）、比叶重（SLW）、叶全氮含量（LNC）、叶全磷含量（LPC）。对这些性状进行差异显著性分析、相关性分析、因子分析和主成分分析得到:NL的LWC（60.21%）极显著大于OL（52.17%）;NL的WD（0.037g）和SLW（0.013g）均显著小于OL（0.046g和0.017g）。WD、LWC、SLW和LPC等4个性状对爪耳木叶生长发育有重要影响。（2）本实验运用k-mer法预估爪耳木的基因组大小,使用jelyfish处理141G爪耳木测序数据,以k=21的片段长度计数,根据其分布来统计得到爪耳木基因组大小约为880.13Mb,非重复序列47.5%,杂合度约为0.388%。流式细胞术结果表明爪耳木为二倍体植物,其基因组大小约为921.11Mb。（3）本实验测定了爪耳木在正常生长期、开花期、开花末期三个阶段的内源GA、ABA、IAA含量,发现根中的内源GA含量在花期大大提升（0.063μg/g;0.253μg/g;0.736μg/g）;在叶中显著下降（3.141μg/g;0.252μg/g;0.154μg/g）;茎中无明显变化（0.430μg/g;0.317μg/g;0.367μg/g）。内源ABA含量在根部（0.120μg/g;0.498μg/g;0.944μg/g）和茎中（0.347μg/g;0.607μg/g;1.156μg/g）明显上升;叶中明显下降（2.524μg/g;1.539μg/g;1.365μg/g）。内源IAA含量在根（0.126μg/g;0.134μg/g;0.060μg/g）和叶（0.618μg/g;0.081μg/g;0.101μg/g）中降低;在茎（0.208μg/g;0.421μg/g;0.042μg/g）中经历了先上升后降低的过程。GA途径作为六大成花途径之一,内源GA是影响爪耳木成花的一个重要因素,研究者选择从GA合成关键酶基因的挖掘鉴定入手,尝试了解爪耳木濒危机制的分子机理。（4）本实验根据已知且功能得到验证的拟南芥赤霉素合成关键酶（GA2ox,GA3ox和GA20ox）基因家族在爪耳木基因组数据中挖掘鉴定。蛋白结构域鉴定结果显示:GA2ox,GA3ox和GA20ox拥有相同的两个结构域DIOXN和2OG-FellOxy。鉴定得到6条可能的爪耳木GA2ox同源基因;4条可能的爪耳木GA3ox同源基因;5条可能的爪耳木GA20ox同源基因。这些基因在爪耳木不同部位特别是花中的差异表达可能是影响爪耳木成花的一个关键因素。本研究通过测定叶功能性状、鉴定基因组倍性及大小、检测内源GA、挖掘GA合成酶相关基因的方法,总结出爪耳木灭绝的原因可能是成花相关的基因在爪耳木遗传繁育的过程中发生了抑制、沉默或是错漏,因爪耳木本身种群极小,基因频率低,导致无法恢复过来,最后走向灭绝。本研究为找到该突变基因和解决爪耳木濒危机制提供了思路和分子基础。
- 作者：
- 刘咲頔
- 学位授予单位：
- 海南大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 王祝年
- 中图分类号：
- Q949
- 关键词：
- 爪耳木；濒危机制；叶功能性状；基因组；内源激素
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