等离子体预处理对穿心莲种子萌发过程基因表达的影响

Plasma seed treatment is a novel physical agricultural technology that has been widely used in agricultural production. Compared to chemical methods and other physical technologies, plasma treatment possess advantages of being simple, fast, convenient, and none leftover. Plasma seed pretreatment resulted in seed invigoration, which lead to germiantion acceleration and early and strong seedlings, hence increases crop yields. However, the physical mechanism research of it is still in initial stage; and the biological studies remains in effects investigation. Our preliminary investigation found an optimal plasma treating dose for Adrographis paniculata seeds. The current project proposed will use plasma treated Adrographis paniculata seeds as materials, to construct cDNA library, and reveal the gene expression difference in seed germination stages, using supression subtractive hybridization (SSH) ; furthermore, explore key genes regulating seed germination in the library using bioinformatic method. The expression level of key genes controlling seed germination will be analysed using qRT-PCR. Consequently, biological mechanism of plasma effects on seed germiantion at gene expression level could be explained. Accordingly, the gene expression pattern regulated and controlled by air plasma in germiantion stages could be set up, and theoretical base for extended application of plasma seed treatment techonology could be formed. The physical agriculture theory would be enriched.

等离子体种子处理是一种新型的物理农业技术，相比化学及其他物理方法具有简便快捷，无残留等许多优势。该技术处理多种农作物种子，进行活力强化能够加速萌发，得到早苗、壮苗，最终达到增产目的，已得到一定规模的应用。然而，其作用的物理学机理研究处于起步阶段，生物学方面目前停滞在效应的研究。申请人前期试验发现合适剂量的空气等离子体预处理能促进穿心莲种子的萌发。因此，本项目拟通过抑制消减杂交技术（SSH）建立差异表达的cDNA文库，通过生物信息学分析在文库中发掘与萌发相关的关键基因，揭示等离子体处理后种子萌发过程基因表达谱的差异；并采用实时定量PCR（qRT-PCR）技术分析萌发调控关键基因的表达水平，从而在分子水平阐释等离子体作用于种子的生物学机理。本课题为进一步深入阐明等离子体调控种子萌发过程基因表达模式搭建平台；为这一新型的物理农业技术推广提供理论支持，丰富物理农业的理论。

等离子体种子处理是一种新型的物理农业技术，相比化学及其它物理方法具有简便快捷，无残留等许多优势。该技术对多种农作物种子进行活力强化能加速萌发，得到早苗、壮苗，最终达到增产目的，已得到一定规模的应用。然而，其作用的物理学机理研究处于起步阶段，生物学方面目前停滞在效应的研究。申请人试验发现合适剂量的空气等离子体预处理能促进穿心莲种子的萌发。因此，本项目通过转录组技术（RNA-Seq）和生物信息学分析在cDNA文库中发掘与萌发相关的关键基因，揭示等离子体处理后种子萌发过程基因表达谱的差异，从而在分子水平阐释等离子体作用于种子的生物学机理。. 空气等离子体处理种子后，在置种期、萌动期（胚根突破种皮）和萌发高峰期进行转录组测序，共得到106.34Gb Clean Data。De Novo组装得到84,749条Unigene。将Unigene序列与NR、Swiss-Prot、GO、COG、KOG、KEGG数据库比对，获得36,567个有注释信息的Unigene。序列匹配最多的物种为梧桐科（Sterculiaceae）芝麻（Sesamum indicum）占41.92%。进行了差异表达基因GO功能富集、COG分类、KEGG注释和通路富集分析。对照组穿心莲种子萌动期与置种期相比，有7861个差异表达基因，萌发高峰期与萌动期相比差异表达基因更少，为2914 条。萌发过程中GA生物合成相关基因表达上调，GA分解相关的基因表达下调；与ABA分解相关基因上调表达，信号传导受到抑制；乙烯信号传导被激活。然而，对照组与处理组的差异表达基因在吸胀后置种期为0个；萌动期只有125个，萌发高峰期为9个。处理组萌动期ABA合成相关基因表达下调；乙烯信号传导得到加强。. 本课题为进一步深入阐明等离子体调控种子萌发过程基因表达模式搭建平台；为这一新型的物理农业技术推广提供理论支持，丰富物理农业的理论。