玉米中磷酸肌醇代謝調(diào)控網(wǎng)絡構建及相關基因功能鑒定.pdf

1、磷酸肌醇是一類廣泛存在于植物中的磷脂類化合物，具有重要的生理和生化功能。但是由于缺乏精準可靠的檢測方法和系統(tǒng)深入的研究手段，使得人們對于植物磷酸肌醇的代謝和調(diào)控所知有限。目前植物中已知的有關磷酸肌醇代謝的基因都是通過低植酸突變體鑒定的，但僅有限的基因被分離鑒定，并且通過突變體鑒定或者QTL定位等手段都難以有新的發(fā)現(xiàn)。為了深入了解磷酸肌醇的代謝調(diào)控，我們以兩個植酸含量有顯著差異的玉米自交系為材料，進行轉錄組和小RNA測序，通過系統(tǒng)生物學的

2、手段，整合代謝物數(shù)據(jù)，以期能夠解析磷酸肌醇代謝的調(diào)控模式，并搜索新的候選基因。
　　為了準確、穩(wěn)定地測定磷酸肌醇，我們建立了能夠同時檢測各磷酸肌醇的 IPC/ESI-MS/MS(ion-pair chromatography/tandem mass spectrometry with an electrospray ionization source, or LC-MS/MS)方法。利用這一方法，我們在一個廣泛的玉米自交系群體中篩

3、選植酸含量有顯著差異的品系，分析了不同發(fā)育時期全種子和胚中各磷酸肌醇的動態(tài)變化。最終選擇B73（高植酸）和Qi319（低植酸）的胚（DAP12，DAP21，DAP30）進行轉錄組測序和小RNA測序。整合測序數(shù)據(jù)和代謝物數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)生物學角度解析磷酸肌醇的代謝調(diào)控。
　　轉錄組差異表達分析發(fā)現(xiàn)，磷酸肌醇代謝的相關基因在Qi319中多數(shù)是下調(diào)表達，其中MIPS和IPK在所選的時期內(nèi)是持續(xù)下調(diào)的?？勺兗艚?Alternative Spl

4、icing, AS)分析發(fā)現(xiàn)，磷酸肌醇的代謝調(diào)控與AS相關，ITPK2，MIPS以及肌醇轉運體基因都有特定的AS模式，并表現(xiàn)出發(fā)育時期和品種間的差異。通過分析小RNA的靶標，發(fā)現(xiàn)了5個新的可能參與磷酸肌醇代謝調(diào)控的小RNA。
　　通過WGCNA(Weighted Gene Co-Expression Network Analysis)方法，整合磷酸肌醇代謝物數(shù)據(jù)，構建了與代謝物密切相關的基因共表達網(wǎng)絡。對網(wǎng)絡進行解析發(fā)現(xiàn)：

5、　　1.磷酸肌醇的代謝與Ca2+信號緊密偶聯(lián)；
　　2. GA(gibberellic acid)信號以泛素化修飾相關的F-box蛋白質(zhì)基因為節(jié)點，與磷酸肌醇代謝相互作用；
　　3.磷酸肌醇的轉運與糖類的轉運具有協(xié)同性；ABCs(ATP-binding cassette transporters)、碳水化合物/肌醇轉運體與IP1、MIK的協(xié)同性說明植酸的合成過程的確存在肌醇的轉運機制；
　　4.根據(jù)基因在網(wǎng)絡中的位置及

6、其到調(diào)節(jié)基因的距離和連接性，結合GO注釋信息，我們從網(wǎng)絡中提取了3個可能參與磷酸肌醇代謝的候選基因。
　　5.分析候選基因直系同源的突變體表型，以及通過 RNAi技術對候選基因進行功能驗證，結果發(fā)現(xiàn)，這3個候選基因的確與種子中磷酸肌醇的含量相關。
　　這些研究結果提出了新的磷酸肌醇代謝調(diào)控模式(包括AS，miRNA以及與其他通路的相互作用節(jié)點)，并驗證了通過網(wǎng)絡所獲得的相關基因的功能。這說明通過系統(tǒng)生物學手段，能充分利用磷酸