镉胁迫下中辽1号杨转录组分析

【目的】分析镉胁迫下中辽1号杨的转录水平,筛选差异表达基因,挖掘与镉胁迫相关的功能基因,为深入探索中辽1号杨对镉胁迫响应的分子机制提供理论依据。【方法】以中辽1号杨为试验材料,采用盆栽试验的方法将其扦插于土壤Cd含量为20 mg/kg(M20)的花盆中,以不加Cd为对照(CK),80 d后采集不同处理中辽1号杨叶片进行转录组测序,使用DESeq2软件筛选CK与M20处理中辽1号杨的差异表达基因,将得到的差异基因在基因本体数据库(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)、蛋白相邻类聚簇数据库(clusters of orthologous groups of proteins,COG)中进行注释,分析差异表达基因在不同数据库中的注释信息。随机挑选6个差异表达基因(超氧化物歧化酶(SOD)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(STK)、脱落酸(ABA)、T复合蛋白1(TCP1)、MYB基因(MYB)、丝裂原活蛋白激酶12(MAPK12)),利用Primer 5软件设计特异性引物进行实时荧光定量PCR(RT-qPCR)试验,检测这6个基因表达水平的变化,验证转录组结果的准确性。【结果】在CK和M20处理的中辽1号杨中,共发现3812个差异表达基因,其中上调表达的有2209个,下调表达的有1603个。GO分析发现,差异表达基因注释到3大类49个功能组中,其中与代谢过程有关基因最多。转录组KEGG代谢通路分析发现,差异表达基因主要在信号转导途径、代谢途径和生物合成途径富集。COG分析发现,1455个差异基因被注释到22种分类中,其中一般功能预测基因注释最多,其次是信号转导机制基因。结合各数据库分析结果发现,Cd胁迫下中辽1号杨转录组的注释结果中代谢过程和信号转导过程相关基因较多。镉胁迫下差异表达基因最多的家族是ABC、MYB、WRKY、bHLH和NAC基因家族,挖掘出与镉胁迫相关基因WRKY家族基因47(WRKY47)、硝酸盐转运蛋白基因(NRT)、ABC家族转运蛋白基因2(ABC2)、苹果酸脱氢酶(MDH)、谷胱甘肽S-转移酶基因(GSTs)、NAC家族基因2(NAC2)的表达量显著上调,MYB家族基因44(MYB44)、重金属相关异戊二烯化植物蛋白基因39(HIPP39)的表达量显著下调。RT-qPCR结果显示,随机挑选6个差异表达基因表达量的变化趋势与转录组测序结果一致。【结论】镉胁迫后中辽1号杨转录组的差异表达基因主要富集在代谢过程和信号转导过程,挖掘出与镉胁迫相关基因,分别是WRKY47、NRT、ABC2、MDH、GSTs、NAC2、MYB44、HIPP39,为深入探索杨树对镉胁迫响应的分子机制提供了理论依据。

中辽1号杨栽培技术

中辽1号杨是利用速生的美洲黑杨与耐寒、冠型好的欧黑杨内杂交种选育而成,该品种具有速生、耐寒、干型直、冠型好、遗传稳定和易繁殖等特性。中辽1号杨栽培技术主要包括立地条件选择、栽植密度、造林技术和抚育管理等几个方面,为此从以上4方面进行分别论述。

“中辽1号杨”品种特性分析

中辽1号杨是利用速生的美洲黑杨与欧洲黑种内杂交种选育而成,具有速生、抗病虫、耐寒、树干通直、冠型好、遗传稳定、易繁殖、材性好等优良特性。适宜推广范围主要是其对土壤要求不严,适应性广,微酸、微碱的土壤均能种植,通过对该树种的品种来源,形态特征,物候观测及对其生长发育规律等特性分析,认为该树种在瘠薄沙地均能种植且生长良好;耐干旱节肥,耐轻度盐碱,可在全盐量0.2%以下的土壤生长;抗高温,在气温高达42℃时不会出现伤害;栽植区域广阔,可以在环渤海湾区域内安全推广应用。

中辽1号杨在辽宁地区引种研究

对20世纪末新引进到辽宁并经初选的12个杨树无性系进行了引种试验研究，通过无性系多点生长对比试验、室内外物候观测、对杨干象抗性评价和材性测试等，筛选出生长快、适应强的杨树新品种中辽1号杨，其材积生长量分别超过当地对照种辽宁杨、沙兰杨、荷兰3930杨和I-214杨14．8％～68．1％。其生长进程中高生长最快期是在5～6年生，连年生长量最大数值达到3．6m；胸径生长最快期是在3～5年生，连年生长量最大数值达到6．34cm。而且千型好、材质优良，对杨干象有相对较强的抗性，可作为新品种在其适生区大面积推广。

中辽1号杨光合特性研究

以1年生中辽1号杨为试验材料,测定其光合因子日变化、光响应曲线和CO2响应曲线,其目的是了解中辽1号杨的光合生理特性,为中辽1号杨高效稳产栽培提供科学依据。结果表明:中辽1号杨净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线均为“高峰—低谷—高峰”的双峰曲线,存在明显的“光合午休”现象;全天净光合速率最大值为20.34μmol·m^-2s^-1,出现在上午10:00。相关性分析表明光合有效辐射和大气CO2浓度是影响净光合速率日变化的主要因子。采用直角双曲线修正模型对中辽1号杨光响应曲线及CO2响应曲线进行拟合,得到中辽1号杨各项光合参数,其中光饱和点为1713.53μmol·m^-2s^-1,光补偿点为28.99μmol·m^-2s^-1,最大净光合速率为19.89μmol·m^-2s^-1,暗呼吸速率为-1.99μmol·m^-2s^-1,初始量子效率为0.073,CO2饱和点为1266.09μmol·mol^-1,CO2补偿点为68.81μmol·mol^-1。

杨树对草木犀的化感作用

研究了‘中辽1号’杨(Populus×canadensis cv.‘Zhongliao 1’)叶片、根系、根际土浸提液对草木犀[Melilotus officinalis(Linn.)Pall.]种子萌发的化感效应。研究表明:杨树叶片、根系浸提液对草木犀种子萌发及幼苗生长的化感效应为负效应,起到了抑制作用,且浓度越大抑制效果越明显,相同浓度的叶片浸提液抑制作用大于根系浸提液的抑制作用;高浓度杨树根际土浸提液对草木犀种子萌发及幼苗生长的化感效应为负,起到了抑制作用,但低浓度杨树根际土浸提液的化感效应为正效应,起到了促进作用。初步认为,杨树林下适宜种植草木犀。