干旱胁迫下盾叶秋海棠全基因组DNA甲基化及转座子活性研究
盾叶秋海棠（Begonia peltatifolia）是分布在我国海南的特有植物，是秋海棠科秋海棠属（Begonia L.）多年生草本植物。盾叶秋海棠叶片肉质，耐旱性强，是选育秋海棠耐旱新品种的重要亲本资源。本研究通过人工模拟干旱胁迫环境，结合基因组学和转录组学，从甲基化组及转座子表达谱的差异，揭示盾叶秋海棠适应干旱的关键响应因子以及甲基化模式和转座子参与调控的作用机制。主要结果如下： （1）基于盾叶秋海棠全基因组与12个近缘种基因家族分析，在盾叶秋海棠中共鉴定到779个特有基因家族，并从基因家族扩张分析中鉴定164个显著扩张基因。通过正选择分析鉴定到2...
盾叶秋海棠（Begonia peltatifolia）是分布在我国海南的特有植物，是秋海棠科秋海棠属（Begonia L.）多年生草本植物。盾叶秋海棠叶片肉质，耐旱性强，是选育秋海棠耐旱新品种的重要亲本资源。本研究通过人工模拟干旱胁迫环境，结合基因组学和转录组学，从甲基化组及转座子表达谱的差异，揭示盾叶秋海棠适应干旱的关键响应因子以及甲基化模式和转座子参与调控的作用机制。主要结果如下： （1）基于盾叶秋海棠全基因组与12个近缘种基因家族分析，在盾叶秋海棠中共鉴定到779个特有基因家族，并从基因家族扩张分析中鉴定164个显著扩张基因。通过正选择分析鉴定到251个受到正选择的基因，且发生正选择的基因和显著扩张的基因没有重叠。富集分析发现显著扩张及受到正选择的基因显著富集在与防御机制和应对刺激反应的代谢通路，推测这些基因与调控植物抗旱性状有关。从正选择基因和显著扩张基因功能注释发现两类基因均存在热激蛋白（HSPs）的功能特征，表明 HSPs的家族扩张可能在盾叶秋海棠耐旱性进化中发挥关键作用。 （2）干旱胁迫下盾叶秋海棠转录组学分析鉴定到1179个显著差异基因，其中上调基因有 358 个，下调基因有 821 个。通过对显著上调基因进行富集，发现 MAPK signaling pathway 通路，富集了和植物抗旱性密切相关的 AP2/ERF 基因，且在显著上调基因蛋白互作网络分析中发现2个ERF蛋白参与协作调控。通过进一步AP2/ERF基因家族鉴定分析，鉴定出97个AP2/ERF基因，该家族基因大部分分布在染色体两端，保守基序分析表明这些AP2/ERF基因具有较高的保守性。同时，从盾叶秋海棠和黑武士秋海棠AP2/ERF基因的进化树对比可知盾叶秋海棠的AP2亚家族发生显著的扩张，推测盾叶秋海棠的抗旱性与AP2亚家族的扩张有关，该家族基因显著富集在与调控响应干旱胁迫相关的途径。 （3）盾叶秋海棠转座子与甲基化分析表明，转座子为盾叶秋海棠贡献了149.1MB，占基因组总长的49.13%。LTR型转座子的Gypsy数量最多，基因组大小贡献也最高占30.87%。其主要分布在非基因密集区域。全基因组甲基化测序显示CpG型甲基化占主导模式，干旱胁迫诱导全染色体甲基化水平显著升高。受到甲基化影响最多的转座子为LTR型转座子Gypsy和TIR型转座子Mutator，差异甲基化分析发现LTR/Gypsy和 TIR/Mutator 元件受甲基化调控最为显著。同时，55.7%的差异表达转座元件属于Gypsy家族，证明Gypsy转座子在胁迫响应中具有潜在转座活性，该转座子为盾叶秋海棠耐旱性影响关系最强的转座子。 本研究从生物进化和胁迫下分子机制调控两个方面探究了盾叶秋海棠响应干旱胁迫的调控机制，为深入研究盾叶秋海棠抗旱性调控机制和抗旱品种选育提供了研究基础。
展开
授予学位
硕士
学位年度
2025
语 种
chi
分类号
S685.99 S601
机标分类号
在线出版日期：
2025年9月12日
