温度和光照对结缕草绿期影响的分子调控机制研究

Zoysiagrass(Zoysia japonica Steud.) is one of important warm season turfgrass in China, and its ability of stress-resistance is extremely strong, which makes the distribution of a wide range in sports field turf, ornamental lawn, golf course, urban greening, soil and water conservation and some other aspects. But the green period of Zoysia Willd is short in North China, which create strict region barriers in Zoysia Willd applications. The study of turfgrass green period are mostly concentrated on the methods of physiological and ecological level in the past, which can not solve grass withered and yellow issues fundamentally in winter. In view of this, using the tools of modern molecular biology and genetic engineering, molecular to explain the complete regulation mechanism of turf green period is particularly important. Using high-throughput sequencing technologies to proceed RNA-seq sequencing and miRNA sequencing with Zoysia japonica Steud. material in low temperature and weak light, we get the key genes and miRNA nodes with the analysis of sequencing data, and predict the target and precursor of miRNAs; then we analyze the function and mechanism of key genes and miRNA . This will provide the basis of Zoysia Willd green period extended theoretically, then cultivate the node of Zoysia grass evergreen new varieties, new lines, and finally resolve the knot of Zoysia winter brown, which promotes the development of colorectal Zoysiagrass in the lawn and pasture of industrial applications.

结缕草是我国重要的暖季型草坪草之一，它对逆境胁迫忍受能力极强，这使得它的分布范围广泛，应用于运动场草坪、观赏草坪、高尔夫球场、城市绿化、水土保持等诸多方面。但在我国北方地区结缕草绿期较短，这使得结缕草的应用受到严格的地域限制。以往关于草坪绿期的研究大都集中于从草坪的生理、生态指标入手，不能从根本上解决草坪冬季枯黄的问题。鉴于此，借用现代分子生物学和基因工程学工具，完整的诠释草坪绿期的分子调控机制尤为重要。使用高通量测序技术对低温和弱光照诱导下的结缕草无性系材料进行转录组测序和miRNA测序，通过对测序数据分析，获得与结缕草滞绿相关的关键基因和miRNA，并对miRNA进行靶标和前体预测分析；分析关键基因和miRNA的功能与作用机制。这将从理论上为延长结缕草绿期提供依据，进而培育出结缕草常绿新品种、新品系，最终解决结缕草的冬季枯黄问题，促进结缕草在草坪及牧草产业应用方面的高速发展。

结缕草是我国重要的暖季型草坪草之一，它对逆境胁迫忍受能力极强，这使得它的分布范围广泛但在我国北方地区结缕草绿期较短，这使得结缕草的应用受到严格的地域限制。以往关于草坪绿期的研究大都集中于从草坪的生理、生态指标入手，不能从根本上解决草坪冬季枯黄的问题。鉴于此，借用现代分子生物学和基因工程学工具，完整的诠释草坪绿期的分子调控机制尤为重要。使用高通量测序技术对低温和弱光照诱导下的结缕草无性系材料进行转录组测序和miRNA测序，通过对测序数据分析，获得与结缕草滞绿相关的关键基因和miRNA，并对miRNA进行靶标和前体预测分析；分析关键基因和miRNA的功能与作用机制。我们从结缕草中分离到一个新的stay-green基因ZjSGR。亚细胞定位结果表明，ZjSGR定位于叶绿体。自然衰老也可上调其表达水平，而SA处理可抑制其表达水平。ZjSGR在拟南芥中的过表达导致了快速的黄变表型;互补实验证明ZjSGR是拟南芥AtNYE1的功能同源基因。ZjSGR过表达加速拟南芥叶绿素降解和光合作用受损。透射电镜观察发现，过表达ZjSGR可使叶绿体结构分解。RNA测序分析表明，ZjSGR通过调控激素信号转导和大量衰老和环境胁迫相关基因的表达，在衰老和叶绿素降解过程中发挥多重作用。经过筛选，我们克隆得到结缕草盐诱导的富含甘氨酸的RNA结合蛋白基因，并在转基因拟南芥中过表达该基因引起了盐敏感性。实时荧光定量PCR结果显示，ZjGRP在结缕草的根、茎、叶中均有表达，且在速生叶中表达量最大。NaCl、ABA、MeJA和SA处理均能诱导ZjGRP的表达。ZjGRP在拟南芥中的过表达降低了萌发率，延缓了幼苗生长。表达zjgr1的拟南芥耐盐性减弱，可能是由于对离子运输、渗透和抗氧化的影响。本研究表明，ZjGRP在转基因植物的盐敏感性诱导中起着重要作用。本研究为进一步认识SGRs的作用提供了新的思路，为植物衰老和叶绿素降解机制的研究提供了新的思路。这将从理论上为延长结缕草绿期提供依据，进而培育出结缕草常绿新品种、新品系，最终解决结缕草的冬季枯黄问题，促进结缕草在草坪及牧草产业应用方面的高速发展。