【摘 要】
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植物移栽成活率的高低与根系发育有着密不可分的联系。在苗木移栽过程中切根现象时常发生,且被认为对果木产量和造林成活率有着积极影响。但从另一方面来看,切根损害了苗木根系完整性。侧柏是一种用于植被恢复的常用树种,在移栽过程中,切根对其成活率的影响机制尚不明确。本项目基于实验室前期研究成果的基础上拟通过以下三个方面展开研究,本研究以1年生侧柏幼苗为研究对象,利用新二代高通量测序技术和三代全长转录组测序技术
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“切根诱导下PoPAO基因调控侧柏根系发育的分子机制研究（31700549）”
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植物移栽成活率的高低与根系发育有着密不可分的联系。在苗木移栽过程中切根现象时常发生,且被认为对果木产量和造林成活率有着积极影响。但从另一方面来看,切根损害了苗木根系完整性。侧柏是一种用于植被恢复的常用树种,在移栽过程中,切根对其成活率的影响机制尚不明确。本项目基于实验室前期研究成果的基础上拟通过以下三个方面展开研究,本研究以1年生侧柏幼苗为研究对象,利用新二代高通量测序技术和三代全长转录组测序技术在转录水平全面地挖掘切根诱导侧柏幼苗根系发育的信号网络及关键基因;其次,根据转录组测序已筛选的差异基因,设计定量引物,利用q PCR技术进一步验证和分析侧柏切根后处理组和对照组在不同时期（1d、20 d和60 d）基因表达变化规律。据此,确定该基因在根系发育中的时空表达规律。然后对一些关键基因进行全长克隆和序列分析进一步验证转录组注释可靠性和准确性。本研究将从DNA、RNA、蛋白、生理和个体等不同层次全面地进行研究,系统地阐明切根诱导下侧柏幼苗根系发育的分子调控机理。本研究主要取得了以下结果:（1）Pac Bio SMRT全长转录组测序、Illumina/Solexa测序与鉴定分析利用Illumina/Solexa测序分别对18个样品（对照组起始期CI,对照组侧根产生期CLRP,对照组侧根伸长期CLRE;切根组起始期PI,切根组侧根产生期PLRP,侧根伸长期PLRE）,每个处理3个生物学重复和Pac Bio SMRT全长转录组测序1个混合样品。共获得124643份一致的转录本,其中,经非全长转录本校正后获得101688份高质量的全长转录本和22955份低质量的全长转录本。完成18个样品的Illumina RNA-seq测序,根据每个样本的非冗余序列,56,182个转录本被注释到7个数据库,大部分的unigenes被注释到Nr（97.74%）数据库。此外,Nr数据库查询显示比例最高的与侧柏序列最接近匹配的序列北美云杉。对全部的unigenes进行注释,共注释到50个GO功能类别包含39532个unigenes,25个COG功能类别包含19763个unigenes,归类到243个KEGG代谢途径包含16806条unigenes,发现了21040个SSRs。利用CNCI分析、CPAT分析、CPC分析、pfam蛋白结构域分析四种方法均预测到的2446个lnc RNA转录本。使用Trans Decoder软件对其编码区序列及其对应氨基酸序列的预测完整ORF有47740个。首次揭示了侧柏切根处理组和CK组3个侧根发育阶段的m RNA的特征。（2）转录组测序中差异基因筛选、表达谱及功能分析切根处理后的侧柏幼苗在3个发育阶段共发现4950个差异表达基因。根据基因的表达趋势,对这些基因进行序列聚类分析,将它们分为8个聚类。在3个发育阶段切根处理组和CK组中显著差异（P＜0.05）,fold-change＞2的差异表达基因2625个。切根处理组和CK组的3个发育阶段根部组织denovo转录组测序的分析表明:切根处理组与CK组同时期差异分析表明:在起始期,切根处理后引起大量基因的启动表达。切根处理后侧根产生期是侧柏根系发育过程最关键时期。对切根处理组侧根发育阶段的差异基因进行GO和KEGG功能富集,结果表明:主要富集到细胞分化与增殖、碳代谢和能量代谢、细胞周期和植物激素信号转导等通路上。发现了可能与切根后促进侧柏幼苗侧根生长相关的基因（如GRP-14、PLRR、ACO、SPDs、POD、ZTP-8、AIN和ARE等）。
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