美洲商陆种群耐重金属的分子机制
目前已有大量研究证实美洲商陆是一种具有超积累Mn，Cd能力的植物，但具体是哪些基因赋予了美洲商陆这一能力尚不清楚。本研究对Mn，Cd处理后的美洲商陆进行形态和生理指标测定、转录组与表达谱测序及生物信息学分析，并结合qRT-PCR技术对结果进行验证，试图进一步探寻美洲商陆耐重金属的分子机理。实验数据显示美洲商陆在Mn，Cd处理下的大多数形态和生理反应是相似的，从中我们也找到了一些可能与美洲商陆耐受Mn，Cd有关的基因。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1.1 材料培养 2
1.2 实验处理 3
1.3 实验方法 3
1.3.1 RNA提取 3
1.3.2 叶绿素含量的测定 4
1.3.3 叶绿素荧光参数的测定 4
1.3.4 光合作用生理的测定 4
1.3.5 MDA含量的测定 4
1.3.6 H202含量的测定 5
1.3.7 可溶性糖含量的测定 5
1.4 高通量转录组及表达谱测序 5
2 结果与分析 5
2.1 美洲商陆RNA提取结果 5
2.2 重金属对美洲商陆生长生理指标的影响 6
2.2.1 重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响 6
2.2.2 重金属对美洲商陆叶片叶绿素含量的影响 6
2.2.3 重金属对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响 6
2.2.4 重金属对美洲商陆叶片光合作用生理的影响 7
2.2.5 重金属对美洲商陆叶片MDA含量的影响 7
2.2.6 重金属对美洲商陆叶片H2O2含量的影响 8
2.2.7 重金属对美洲商陆叶片可溶性糖含量的影响 8
2.3 转录组数据分析 8
2.3.1 数据初步分析 8
2.3.2 AllUnigene功能注释 10
2.3.2.1注释汇总及在Nr中的数据分析 10
2.3.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
GO功能分类 11
2.3.2.3 COG功能分类 12
2.3.2.4 KEGG功能分类 13
2.4 数字基因表达谱分析 13
2.4.1 数字基因表达谱测序及注释 13
2.4.2 差异表达分析 14
2.4.3 差异表达基因GO分析 16
2.4.3 差异表达基因KEGG分析 18
2.4.4 表达模式聚类分析 20
2.4.5 差异表达基因的验证 20
3 讨论 23
致谢 25
参考文献 25
美洲商陆种群耐重金属的分子机制
引言
引言
美洲商陆（Phytolacca americana L.），商陆科（Phytolaccaceae）商陆属（Phytolacca L.），植物，亦被称为垂序商陆、十蕊商陆，是多年生宿根草本。此种植物适应性强、生长速度快、生物量大，故被认为是合适的植物实验对象。该植物多见与矿区及尾矿库的周边范围内，被认为是一种重金属超积累植物，其耐锰和耐镉的特性已被有关研究证实。
中国经济三四十年来的高速发展伴随着各种污染物的大量产生。由于各种因素的制约，金属资源的开采和冶炼环节向环境中排放了诸多难于降解的含重金属的物质，恶化了我们赖以生存的生态环境。利用重金属超积累植物的估计重金属的特性进行生物环境修复就是在这种情况下净化环境的思路之一。与常规的物理、化学方法相比，具有对环境的二次污染小、经济成本低的优势，但同时也有耗时过长的缺点。因此，筛选出一些对重金属具有更强耐受性和富集作用的植物就显得更为重要和迫切。
锰是一种重金属元素，同时也是一种植物生长所必需的微量元素。但是环境中过量的锰则是一种环境污染，对于植物的生存和生长有显著的胁迫，可以影响的植株生长、发育和繁殖的各个环节。目前国内对锰毒的研究仍处于起步阶段，主要侧重于生理指标和功能，分子机制尚不清楚。
镉已被公认为是环境中毒性较强的污染物，无论对动物或植物而言都是非必需的元素。高浓度的镉能干扰植物的光合作用，抑制呼吸作用，影响营养元素的吸收、运输及代谢，从而影响植物的生长发育；同时镉能引起活性氧（ROS）产生、导致氧化胁迫并干扰抗氧化系统。研究重金属胁迫下植物氧化代谢变化及分子机理是了解重金属毒害机理和提高植物对重金属毒害耐性的关键。
转录组学是研究细胞表型和功能的一个重要手段，是研究基因表达、基因结构和功能的一个新型的研究方向。与基因组不同，转录组更具有时间性和空间性。转录组测序技术也称为RNAseq，该技术可以提供精确的数字化信号，更高的检测通量以及更广泛的检测范围，是目前深入研究转录组复杂性的强大工具。目前，RNAseq已经成功用于拟南芥、水稻、玉米等模式生物。与模式生物转录组研究相比，由于缺乏基因组信息，非模式生物仍不能进行测序序列的基因组定位和注释，只能进行从头拼装，并通过同源比对进行测序序列的注释和分析。不过随着生物信息学方法的不断进步，近年来RNAseq已成为非模式生物转录组研究的先进技术，大量非模式生物的转录组得到研究。
综上，美洲商陆作为一种对Mn，Cd具有超积累能力的非模式植物，利用RNAseq技术对于CK、Mn和Cd培养条件下的美洲商陆植株，分别进行了形态和生理指标测定、转录组与表达谱测序及生物信息学分析，我们就可以从中发现美洲商陆响应Mn、Cd胁迫时的相似点，并进而找到对于响应Mn、Cd胁迫起重要作用的的相关基因。
1 材料与方法
1.1 材料培养
美洲商陆种子材料于2014年采自湖南省吉首市花垣县振兴锰冶炼厂周围。采集的种子先干燥处理，再去除瘪粒、霉粒，挑选出饱满优质的种子。合格的种子在浓硫酸中浸泡20min，用水冲洗种子。将美洲商陆种子播种在蛭石基质上发芽，待幼苗长至2片子叶全部打开时，选取长势和大小一致的幼苗，将其移栽到1L的塑料杯中，每个塑料杯中种3株美洲商陆。开始时在去离子水中预培养2天，然后使用1/8 Hoagland营养液培养，再逐步换为1/4、1/2和完全Hoagland培养液。每2天换一次培养液，并用HCl或NaOH溶液将营养液pH调至5.2。
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摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1.1 材料培养 2
1.2 实验处理 3
1.3 实验方法 3
1.3.1 RNA提取 3
1.3.2 叶绿素含量的测定 4
1.3.3 叶绿素荧光参数的测定 4
1.3.4 光合作用生理的测定 4
1.3.5 MDA含量的测定 4
1.3.6 H202含量的测定 5
1.3.7 可溶性糖含量的测定 5
1.4 高通量转录组及表达谱测序 5
2 结果与分析 5
2.1 美洲商陆RNA提取结果 5
2.2 重金属对美洲商陆生长生理指标的影响 6
2.2.1 重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响 6
2.2.2 重金属对美洲商陆叶片叶绿素含量的影响 6
2.2.3 重金属对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响 6
2.2.4 重金属对美洲商陆叶片光合作用生理的影响 7
2.2.5 重金属对美洲商陆叶片MDA含量的影响 7
2.2.6 重金属对美洲商陆叶片H2O2含量的影响 8
2.2.7 重金属对美洲商陆叶片可溶性糖含量的影响 8
2.3 转录组数据分析 8
2.3.1 数据初步分析 8
2.3.2 AllUnigene功能注释 10
2.3.2.1注释汇总及在Nr中的数据分析 10
2.3.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
GO功能分类 11
2.3.2.3 COG功能分类 12
2.3.2.4 KEGG功能分类 13
2.4 数字基因表达谱分析 13
2.4.1 数字基因表达谱测序及注释 13
2.4.2 差异表达分析 14
2.4.3 差异表达基因GO分析 16
2.4.3 差异表达基因KEGG分析 18
2.4.4 表达模式聚类分析 20
2.4.5 差异表达基因的验证 20
3 讨论 23
致谢 25
参考文献 25
美洲商陆种群耐重金属的分子机制
引言
引言
美洲商陆（Phytolacca americana L.），商陆科（Phytolaccaceae）商陆属（Phytolacca L.），植物，亦被称为垂序商陆、十蕊商陆，是多年生宿根草本。此种植物适应性强、生长速度快、生物量大，故被认为是合适的植物实验对象。该植物多见与矿区及尾矿库的周边范围内，被认为是一种重金属超积累植物，其耐锰和耐镉的特性已被有关研究证实。
中国经济三四十年来的高速发展伴随着各种污染物的大量产生。由于各种因素的制约，金属资源的开采和冶炼环节向环境中排放了诸多难于降解的含重金属的物质，恶化了我们赖以生存的生态环境。利用重金属超积累植物的估计重金属的特性进行生物环境修复就是在这种情况下净化环境的思路之一。与常规的物理、化学方法相比，具有对环境的二次污染小、经济成本低的优势，但同时也有耗时过长的缺点。因此，筛选出一些对重金属具有更强耐受性和富集作用的植物就显得更为重要和迫切。
锰是一种重金属元素，同时也是一种植物生长所必需的微量元素。但是环境中过量的锰则是一种环境污染，对于植物的生存和生长有显著的胁迫，可以影响的植株生长、发育和繁殖的各个环节。目前国内对锰毒的研究仍处于起步阶段，主要侧重于生理指标和功能，分子机制尚不清楚。
镉已被公认为是环境中毒性较强的污染物，无论对动物或植物而言都是非必需的元素。高浓度的镉能干扰植物的光合作用，抑制呼吸作用，影响营养元素的吸收、运输及代谢，从而影响植物的生长发育；同时镉能引起活性氧（ROS）产生、导致氧化胁迫并干扰抗氧化系统。研究重金属胁迫下植物氧化代谢变化及分子机理是了解重金属毒害机理和提高植物对重金属毒害耐性的关键。
转录组学是研究细胞表型和功能的一个重要手段，是研究基因表达、基因结构和功能的一个新型的研究方向。与基因组不同，转录组更具有时间性和空间性。转录组测序技术也称为RNAseq，该技术可以提供精确的数字化信号，更高的检测通量以及更广泛的检测范围，是目前深入研究转录组复杂性的强大工具。目前，RNAseq已经成功用于拟南芥、水稻、玉米等模式生物。与模式生物转录组研究相比，由于缺乏基因组信息，非模式生物仍不能进行测序序列的基因组定位和注释，只能进行从头拼装，并通过同源比对进行测序序列的注释和分析。不过随着生物信息学方法的不断进步，近年来RNAseq已成为非模式生物转录组研究的先进技术，大量非模式生物的转录组得到研究。
综上，美洲商陆作为一种对Mn，Cd具有超积累能力的非模式植物，利用RNAseq技术对于CK、Mn和Cd培养条件下的美洲商陆植株，分别进行了形态和生理指标测定、转录组与表达谱测序及生物信息学分析，我们就可以从中发现美洲商陆响应Mn、Cd胁迫时的相似点，并进而找到对于响应Mn、Cd胁迫起重要作用的的相关基因。
1 材料与方法
1.1 材料培养
美洲商陆种子材料于2014年采自湖南省吉首市花垣县振兴锰冶炼厂周围。采集的种子先干燥处理，再去除瘪粒、霉粒，挑选出饱满优质的种子。合格的种子在浓硫酸中浸泡20min，用水冲洗种子。将美洲商陆种子播种在蛭石基质上发芽，待幼苗长至2片子叶全部打开时，选取长势和大小一致的幼苗，将其移栽到1L的塑料杯中，每个塑料杯中种3株美洲商陆。开始时在去离子水中预培养2天，然后使用1/8 Hoagland营养液培养，再逐步换为1/4、1/2和完全Hoagland培养液。每2天换一次培养液，并用HCl或NaOH溶液将营养液pH调至5.2。
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