苗期低硝酸鹽處理條件下玉米自交系Mo17和黃早四葉片組織基因表達分析.pdf

1、玉米作為重要的糧食、飼料作物和生物能源材料，需求量較大，傳統(tǒng)的觀點認為，玉米高產(chǎn)的獲得主要依靠大量氮肥的施用。世界范圍內(nèi)，相當一部分玉米種植在十分貧瘠的土壤上，氮素缺乏成為玉米生產(chǎn)最重要的限制因子之一；在施肥充裕地區(qū)，化學(xué)氮肥的長期大量施用使玉米生產(chǎn)成本提高、肥料利用率降低，由此帶來的環(huán)境污染問題也日趨嚴重。利用玉米遺傳多樣性，選育高肥料利用效率新品種成為解決因肥料不足所帶來的糧食生產(chǎn)問題和肥料利用率低所帶來的環(huán)境污染問題的根本途徑，闡

2、明玉米氮素利用的分子機理是新品種選育的基礎(chǔ)。目前，在玉米基因組水平上國內(nèi)外對長期低硝酸鹽處理條件下基因轉(zhuǎn)錄水平的研究尚屬空白，因此，本研究以國內(nèi)玉米育種中應(yīng)用非常廣泛的兩個骨干自交系黃早四和Mol7為材料，從玉米已知基因組出發(fā)，利用基因芯片分析基因表達差異，并用實時熒光定量PCR技術(shù)驗證芯片結(jié)果；對差異表達基因進行細胞信號傳導(dǎo)分析和功能聚類。結(jié)果表明： 1、苗期低硝酸鹽處理條件下，Mol7葉片組織的上調(diào)表達基因數(shù)目明顯高于黃早四

3、。標準化處理后(2為底的對數(shù))，Mol7中，硝酸鹽誘導(dǎo)下顯著上調(diào)表達基因為2，451個，黃早四為2，173個；以2為閾值比較發(fā)現(xiàn)，Mol7中620個基因表達上調(diào)，黃早四則為197，可能與Mol7比黃早四對氮素更敏感有關(guān)。 2、苗期低硝酸鹽處理對硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、鐵氧還原蛋白Ⅵ以及硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白等直接作用于氮代謝相關(guān)基因有一定程度的弱調(diào)控作用，遺傳比值分別為：硝酸還原酶在Mol7和黃早四中均無變化，但在兩材料中的信號值均在

4、3000以上，即該基因在玉米代謝途徑中高度表達，其中黃早四中的信號值強于Mol7，可能與黃早四的氮素利用效率高于Mol7有關(guān)；亞硝酸還原酶則在Mol7中的遺傳比值為1.4，黃早四中無變化；鐵氧還原蛋白Ⅵ在Mol7中的遺傳比值為1.2，高于黃早四中的1.1；可能與硝酸鹽對這些基因的調(diào)控具有短暫、快速等特點相關(guān)。 3、苗期低硝酸鹽處理對葡萄糖苷酶、甲基轉(zhuǎn)移酶等間接作用于氮代謝的相關(guān)基因則表現(xiàn)出強調(diào)控作用。葡萄糖苷酶基因上調(diào)表達值在黃

5、早四和Mol7中分別為3和3.5，即硝酸鹽處理對該基因具有強正調(diào)控作用，且硝酸鹽處理條件下其信號值比對照強，分別為：Mol7，1637.1/165.5；黃早四，3737.6/476.7；說明了硝酸鹽誘導(dǎo)對該基因的強調(diào)控作用。低硝酸鹽對光誘導(dǎo)蛋白基因的表達起抑制作用，遺傳比值在黃早四和Mol7中分別為-2.9和-4；信號值比分別為：Mol7，141.1/1710.5；黃早四，807.5/4242.1。 4、Mol7和黃早四等骨干玉

6、米自交系苗期最佳硝酸鹽供給濃度為0.015mol/L，葉綠素測定結(jié)果顯示，在0-0.015mol/L范圍內(nèi)，葉綠素含量隨硝酸鹽濃度的增加而增加；當硝酸鹽濃度大于0.015mol/L時則隨硝酸鹽濃度的增加葉綠素含量減少。不同材料相同處理濃度下的葉綠素含量比較發(fā)現(xiàn)，黃早四在各濃度下葉綠素含量均較Mol7高，但該濃度下的玉米氮素利用效率有待進一步研究。 5、苗期硝酸鹽處理對部分功能未知的基因如ezma:12507，mir3，ezma: