老芒麦(Elymus sibiricus)作为多年生草本植物,具有较强的环境适应性,它富含麦类作物所需的抗病和抗逆等优良基因,在我国西北地区尤其青藏高原高寒区生态修复及草地畜牧业发展中具有重要作用。但其植株衰老以致种群衰退严重影响了生产稳定和功能可持续性,限制了该属植物在退化草地修复及人工草地建植中的推广应用。因此,对调控老芒麦在生长发育及衰老进程中的机理研究具有重要的意义。本研究以两份不同来源的老芒麦(E1:海拔2056 m;27.78°N,99.72°E。E2:海拔386 m;44.53°N,82.88°E)为研究对象,通过测定高龄(5龄和6龄)植物各组织器官内端粒酶活性变化特征、叶片的相对端粒长度变化,揭示端粒系统变化特征及其与株龄的关系。进一步通过转录组学分析,挖掘调控老芒麦衰老的候选基因信息,以期为延缓和调控老芒麦乃至披碱草属植物种群衰退措施的选择提供理论依据。研究结果如下:(1)随着株龄增加,老芒麦各组织器官内的端粒酶活性降低,但不同来源材料组织器官内的端粒酶活性在各个时期的降幅不同。5龄、6龄老芒麦根、茎、叶的端粒酶活性均在拔节期达到最高,叶片中的端粒酶活性处于较高水平,抽穗期5龄叶片中的酶活性较根、茎中的酶活性差异显著(P<0.05)。相同株龄不同部位叶片的端粒酶活性大小亦存在差异。旗叶、倒二叶和倒三叶的端粒酶活性均在抽穗期达到最大,开花期最小;抽穗期,5龄E2老芒麦和6龄老芒麦的倒三叶和旗叶之间端粒酶活性差异显著(P<0.05),开花期5龄、6龄老芒麦的倒三叶和旗叶之间端粒酶活性均差异显著(P<0.05)。拔节期和抽穗期的端粒酶活性大小表现出倒三叶>倒二叶>旗叶,在开花期则表现为旗叶>倒二叶>倒三叶。老芒麦叶片呈自下而上的顺序性衰老特征,株龄和生育时期是影响老芒麦体内端粒酶活性的主要因素。(2)5龄、6龄老芒麦叶片的ΔCt值(Ct_(样本)-Ct_(内参基因))分布范围在-10.8～-8.2之间,不同株龄老芒麦之间的ΔCt值无显著差异,不同来源材料之间的ΔCt值存在显著差异(P<0.05)。E1老芒麦叶片的相对端粒长度在1.03～1.45之间,E2老芒麦叶片的相对端粒长度在0.68～0.69之间,两份不同来源的材料之间相对端粒长度差异显著(P<0.此网站05),且5龄、6龄E1老芒麦之间相对端粒长度亦差异显著(P<0.05)。随株龄增加,老芒麦相对端粒长度无特定规律性变化。相对端粒长度较短的老芒麦开花较早。端粒长度与端粒酶活性之间无明显相关关系,需要进一步从调控端粒相关蛋白的分子机制进行探索研究。(3)经转录组学分析,鉴定出424个差异表达基因(DEGs),实时荧光定量PCR(q PCR)法验证了转录组测序数据的可靠性。GO功能注释及富集分析得出,有160个差异基因被注释到生物过程、细胞组分和分子功能方面。通过KEGG数据库比对,有38个基因被注释到46条代谢通路中,其中黄酮类化合物的生物合成、昼夜节律-植物通路中分别有7个和6个差异基因被显著富集。基于植物叶片衰老相关基因数据库(LSD)的序列比对,挖掘出55个衰老相关基因,注释到的C3HC4型锌指蛋白基因、At PAO2、PUB17及CYP72A15等基因显著上调表达。鉴定出11个转录因子家族,包括ERF、WRKY、C2H2和C3H等家族,其中WRKY家族注释到的基因有WRKY19、WRKY76和ZPAW1-D,ERF家族注释到的基因有DRIron bioavailabilityEB1A,C3H家族注释到的基因为锌指C3H33蛋白基因,C2H2家族注释到的基因为锌指蛋白1基因,这些转录因子基因直接调控着老芒麦叶片衰老进程,并在其生长发育、形态建成、次生代谢和响应胁迫(生物和非生物)等方面起着重要的调控作用。本研究为老芒麦衰老机制研究提供了重要的候选点击此处基因信息。