《基於轉錄組分析探究普通野生稻北緣種群對低溫的適應》是依託復旦大學，由周雯擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於轉錄組分析探究普通野生稻北緣種群對低溫的適應
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周雯
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植物對低溫環境的適應一直是進化生態學研究的核心問題之一，對於揭示植物對全球氣候變化的回響機制和耐低溫資源的挖掘具有重要的科學意義。普通野生稻是事關國家糧食安全的戰略性資源，廣泛分布於熱帶和亞熱帶地區，沿著緯度梯度（主要是溫度梯度）呈現出顯著的漸變群式樣，形成了豐富的表型和遺傳變異。前期研究發現，普通野生稻北緣種群明顯表現出對低溫的適應性，但其適應低溫的機制尚缺乏了解。本項目選取北緣種群與低緯度種群進行對比研究，聚焦於植物生活史中對環境變化最為敏感的萌發和立苗階段，在轉錄組水平上分析種子和幼苗在不同溫度梯度的差異表達基因，結合表型觀測、生理檢測，以及積溫模型估算與生長試驗，來闡明普通野生稻北緣種群對低溫的適應模式及生態與分子機制。本研究的完成，既能促進對植物回響氣候變化機制的認識，加深對植物地理分化機制的了解，又能為水稻耐低溫基因資源的挖掘與利用提供數據支持和理論支撐。
結題摘要
種子萌發既是植物生活史周期的起始階段又是重要的發育過程，決定著植物的生存和種群的繁衍。種子萌發涉及眾多生理生化反應及物質代謝過程，目前對其分子基礎及對溫度尤其是低溫適應的機制尚缺乏了解。本研究在轉錄水平分析普通野生稻種子萌發進程中的基因表達式樣，並結合表型觀測和生理檢驗，闡明普通野生稻北緣種群種子對低溫萌發的適應機制。主要研究結論如下： 1、普通野生稻種子萌發的轉錄水平隨萌發時間的推移呈連續且不可逆的過程。乾燥種子的生理代謝隨時回響著外界的環境條件，進行貯藏物質累積的準備。種子露白時富集到大量與光照相關的生物學過程，暗示此時已完成幼苗建成的準備。 2、基因共表達網路分析、k-means聚類分析及萌發早期特異表達的差異基因富集分析結果一致，表明在萌發早期階段，對外界環境及生物/非生物脅迫的回響、激素及其代謝通路、能量物質的轉運及代謝相關的生物學過程發揮了重要的作用。萌發早期大量蛋白質迅速轉錄翻譯，並被修飾加工達到最佳功能狀態，保證了萌發的正常啟動。萌發早期ATP的產生和消耗主要用於種子對外界環境的感知並積極抵禦不良環境的刺激、呼吸作用、營養物質的動員和運輸等生物學事件。 3、南北部種群種子的吸水率隨吸脹時間推移表現出相同的趨勢，但其在低溫條件下的萌發行為出現了種群分化。北緣種群比低緯度種群萌發更早，萌發率更高，對低溫具有更強的適應性。通過對DNA拓撲結構的改變來調節染色體DNA結構，從而轉錄激活新的基因、產生新的蛋白，以及對活性氧的調控和細胞內穩態的維持可能是北緣種群適應低溫萌發的重要方式。 本研究基於轉錄組學數據解釋普通野生稻種子萌發過程中的生物學事件，篩選與主要萌發進程、重要生理性狀及低溫萌發適應相關的樞紐基因，並初步揭示該物種高、低緯度種群對低溫回響的差異機制，既能促進對萌發這一重要生命活動的認識，加深對植物回響氣候變化的理解；又能為水稻耐低溫基因資源的挖掘與利用提供數據支持和理論支撐。
