农学毕业论文精编
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水稻和大麦耐盐性的比较基因组学研究
郭秋林
（农学，3120100118）
摘要：大麦（Hordeum vulgare L.）是最耐盐的禾本科作物之一，其野生种质中蕴含丰富的耐性基因资源，这些基因通过各种分子机制调控植株的耐盐性。然而，水稻是禾本科作物中耐盐差的物种之一。但大麦和水稻在基因组序列及其表达模式上具有高度相似性。这些基因往往较保守，在生长中具有功能显着性和等效性，称为共有基因，含有一些转录因子、酶家族、结构蛋白等，这些基因的作用可能与耐盐性相关。本实验选用以水稻日本晴(Oryza sativa subsp. Japonica)和西藏野生大麦XZ26（Hordeum vulgate subsp.
spontaneum）为代表材料，用转录组测序寻找盐胁迫下大麦与水稻基因组中响应盐胁迫的共有基因和物种间特异表达基因，结合对应的耐盐表型与元素含量进行分析，初步探索大麦和水稻基因组与耐盐性的关系，从基因层面揭示大麦和水稻物种间耐盐的相关机理，为水稻耐盐性改良提供理论参考。
关键词：盐胁迫；差异表达基因；表现型；元素含量; 转录组测序。
Comparative genomics analysis of salt tolerance between rice and barley
Qiu-lin Guo (Agronomy, 3120100118)
Abstract: Among gramineous crops, barley (Hordeum vulgare L.) is one of the most salt-tolerant species, which contains rich resources of salt-tolerance genes regulating salt tolerance of plants in its wild germplasm. However, rice is salt sensitive. Barley and rice have high similarity in the genome sequences and the expression pattern of genes. These conservative genes in
barley and rice (cBR genes) including transcription factors, enzyme families, structural proteins maintain the law of growth regulation, which playing important roles in salt tolerance. In this study, rice cultivar Nipponbare (Oryza sativa subsp. Japonica) and a Tibetan wild barley XZ26 (Hordeum vulgate subsp. Spontaneum) were selected for this research. The cBRs differently regulated in rice and barley under salt stress were identified through RNA-seq. Then the correlation between cBRs genes and salt tolerance in barley and rice was discussed, revealing the mechanism of salt tolerance between the two crops at the genome level, which could provide a valuable reference for improving and breeding in rice.
Keywords: Salt stress; differentially expressed genes; phenotype; element content; RNA-seq.
目 录
1. 引言 ······························· 3 2. 研究背景综述 ··························· 3 2.1 大麦的耐盐机理 ························ 3 2.2 大麦与水稻的耐盐性比较 ···················· 4 2.3 转录组及其测序技术（RNA-seq） ················· 4 3. 材料与方法 ···························· 4 3.1 实验材料 ··························· 5 3.2 植株处理与取样 ························ 5
3.3 元素含量测定 ························· 6 3.4 RNA提取与RNA-Seq分析 ····················· 6 3.5 数据分析 ··························· 8 4. 文献综述 ····························· 9 4.1 大麦和水稻耐盐性比较 ····················· 9 4.2 盐胁迫对大麦及水稻元素含量的影响 ·············· 10 4.3 盐胁迫下转录组分析 ····················· 14 5. 讨论 ······························ 22 5.1 响应基因的表达与耐盐性的关系 ················ 22 5.2 大麦和水稻耐盐性差异的基因组层面的探讨 ··········· 23 5.3 研究展望及不足之处的改进 ·················· 23 参考文献 ····························· 24 1. 引言
土地盐渍化是全球农业生产所面临的严峻挑战之一，盐害的产生来源多种多样，最普遍的是植物蒸腾作用引发的地下矿质资源上升到土表，这一趋势随着全球变暖和精耕细作进一步加剧。目前，全球大约有8.31亿 hm 的土地已受到盐渍化的威胁，而我国盐渍土面积约为3600万 hm2 [3]。盐害对植物的毒害作用主要有渗透抑制、矿质营养失调和离子毒害等[2]。水稻是我国种植面积最大、单产最高粮食作物，总产目前位居我国第二。作为主要粮食，稻米在全国居民粮食消费中占65％以上。水稻的年种植面积约占全国粮食作物的30％，总产量则要占40％以上，建国以来，我国稻米生产有了较大的发展，总产量不断增加，为我国粮食生产做出了重大的贡献 [3,29]。耐盐性作为水稻品种改良方向之一，
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备受关注 。水稻对于土壤盐分具有极大的敏感性，这严重威胁到了我国粮食供应，影响了农业生产，经济损失预计超过120亿 [4-5]。
大麦是禾本科耐盐作物的代表之一，且资源分布与适应性广[6]。因此，研究大麦的耐盐性与水稻的盐敏感性可为揭示植物耐盐机理提供重要的参考和指导；对大麦耐盐相关基因组的研究及其与水稻的同源基因比较，将对克隆耐盐基因与培育耐盐水稻新品种提供重要的理论依据和技术支持。 2. 研究背景综述
[6]
2.1 大麦的耐盐机理
大麦适应性广，耐盐性强，其野生抗逆种质资源丰富大麦作为一种耐盐作物 [1]。近
年来，一些研究者对青藏高原一年生野生大麦开展了遗传多态性分析和干旱、酸铝及盐害等非生物胁迫耐性鉴定和优异种质的发掘，发现青藏高原一年生野生大麦具有丰富的遗传多态性和耐非生物胁迫的遗传变异 [2,4]。浙江大学大麦课题组从西藏野生大麦材料中鉴定到耐盐性具有明显差异的种质资源，如XZ16、XZ26、XZ169等，其中XZ26具有优异的耐盐性 [3,23]。
普遍认为，渗透胁迫、离子毒害和次生胁迫是盐胁迫对植物造成危害的主要机制
。如一些植物受盐胁迫时，Cl-的毒害作用往往表现在抑制植物的光合作用 [6]，而细胞
[1,2]
中过多的Na+积累将导致离子失衡并产生特异性损伤。目前，渗透调节、离子平衡和抗氧化作用被认为是植物的主要耐盐机制 [29]。如植物在胁迫下产生大量的活性氧自由基（ROS），造成一系列次生胁迫，植物通过体内的抗氧化系统清除掉一部分的ROS，转基因植物实验研究中，过量表达抗氧化酶相关基因可增强转化植株对渗透和氧化胁迫的耐性
[9]
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