无芒隐子草闭花授粉的形态特征及其转录组表达研究

摘要

无芒隐子草（Cleistogenes songorica）同时存在开花授粉（chasmogamy，CH）和闭花授粉（cleistogamy，CL）两种授粉类型，是一种多年生的旱生草本植物，它具有饲用价值高、抗旱性和耐寒性强的优点，可作为优良的草坪草和生态草。迄今关于无芒隐子草闭花授粉形态学和转录组方面的信息仍十分有限，严重限制了无芒隐子草的遗传选育和种子生产。本研究以无芒隐子草两种授粉类型的花器为研究对象，通过使用形态解剖学、冷冻切片、扫描电镜和转录组测序等技术手段，对无芒隐子草花的不同发育阶段、花构造、浆片、花粉形态和花相关基因进行了较为系统的研究。主要结果如下：
　　（1）根据显微结构特征将CH花发育划分为5个阶段：花原基、白色花药、绿色花药、黄色花药和紫色花药（开花期阶段），而CL花包括花原基和白色花药的不同发育阶段。CH和CL花均由1个外稃、1个内稃、2个浆片、3个雄蕊和2个羽毛状柱头等组成；CH花花药长度是CL花的4.4倍，而花丝长度表现为CH明显小于CL花。CH第一浆片和第二浆片的厚度分别是CL第一浆片和第二浆片厚度的1.58和2.25倍。CH和CL花粉均为单粒花粉且具有单萌发孔，CH的花粉粒形状是扁圆形，极轴长为（18.33±1.82）μm，赤道轴长为（16.67±2.02）μm，花粉表面光滑；而CL花粉粒是椭圆形，极轴长为（28.26±1.31）μm，赤道轴长为（17.56±1.3）μm，花粉表面纹饰为粒状。
　　（2）对CH和CL花进行转录组测序，共组装得到69,331个unigenes。其中仅在CSCH、CSCL中表达的unigenes分别为15,782和12,892个，通过筛选获得18,336个DEGs。鉴定得到801个花相关基因，注释到GO中的有589个unigenes。其中，432个unigenes和花发育相关，114个unigenes和光周期相关，43个unigenes和花形态建成相关。选择9个同源性较高的CL相关基因，以qRT-PCR验证RNA-Seq结果的可靠性。结果显示CL1597.Contig1_A11、CL1597.Contig2_A11、CL1597.Contig3_A11、CL9616.Contig2_A11、CL9616.Contig3_A11以及Unigene6273_A11在花中均表现为CL上调表达，Unigene10198_A11和CL1597.Contig4_A11在花中为CL下调表达。

目录

声明

第一章 前言

第二章 文献综述

2.1 无芒隐子草的研究进展

2.1.1 无芒隐子草的形态特征及分布

2.1.2 种子萌发和幼苗生长

2.1.3 种子生产

2.1.4 抗旱性研究

2.2 闭花授粉的研究进展

2.2.1 闭花授粉的类型

2.2.2 闭花授粉的分布

2.2.3 闭花授粉花器官的变异

2.2.4 闭花授粉种子异型性研究

2.2.5 闭花授粉的相关基因

2.3 转录组学研究进展

2.3.1 RNA-Seq技术

2.3.2 RNA-Seq的应用

2.4 本研究的目的意义和技术路线

2.4.1 本研究的目的和意义

2.4.2 技术路线

第三章 无芒隐子草闭花授粉的形态学和细胞学研究

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 不同节间部位种子的性状差异

3.1.3 小穗发育的不同阶段和花器官的显微观察

3.1.4 冷冻切片的制作与观察

3.1.5 花粉扫描电镜的观察

3.1.6 花粉活力的测定

3.1.7 数据分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 穗部表型

3.2.2 不同节间种子的性状差异

3.2.3 花的不同发育阶段

3.2.4 花和浆片的显微观察

3.2.5 浆片的显微观察

3.2.6 花粉扫描电镜的观察

3.2.7 花粉活力的测定

3.3 讨论

第四章 无芒隐子草闭花授粉的转录组研究

4.1 材料与方法

4.1.1 实验材料

4.1.2 RNA提取和cDNA文库构建

4.1.3 转录组测序及组装

4.1.4 功能注释

4.1.5 差异表达基因（differental expressed genes，DEGs）的鉴定

4.1.6 花相关基因的鉴定和实时荧光定量PCR（real-time RT-PCR）

4.1.7 SSR分子标记

4.2 结果与分析

4.2.1 转录组数据分析及组装

4.2.2 转录组功能基因的注释

4.2.3 差异表达基因的鉴定及GO富集性分析

4.2.4 花相关基因和qRT-PCR验证

4.2.5 SSR分子标记

4.3 讨论

第五章 全文小结

参考文献

附录

在学期间的研究成果

致谢