苗期低硝酸鹽處理?xiàng)l件下玉米自交系Mo17和黃早四葉片組織基因表達(dá)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(diǎn)認(rèn)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(dāng)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(zhǎng)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(yán)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(jī)理是新品種選育的基礎(chǔ)。目前，在玉米基因組水平上國(guó)內(nèi)外對(duì)長(zhǎng)期低硝酸鹽處理?xiàng)l件下基因轉(zhuǎn)錄水平的研究尚屬空白，因此，本研究以國(guó)內(nèi)玉米育種中應(yīng)用非常廣泛的兩個(gè)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(dá)差異，并用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)驗(yàn)證芯片結(jié)果；對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)分析和功能聚類。結(jié)果表明： 1、苗期低硝酸鹽處理?xiàng)l件下，Mol7葉片組織的上調(diào)表達(dá)基因數(shù)目明顯高于黃早四

3、。標(biāo)準(zhǔn)化處理后(2為底的對(duì)數(shù))，Mol7中，硝酸鹽誘導(dǎo)下顯著上調(diào)表達(dá)基因?yàn)?，451個(gè)，黃早四為2，173個(gè)；以2為閾值比較發(fā)現(xiàn)，Mol7中620個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，黃早四則為197，可能與Mol7比黃早四對(duì)氮素更敏感有關(guān)。 2、苗期低硝酸鹽處理對(duì)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(yùn)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(hào)值均在

4、3000以上，即該基因在玉米代謝途徑中高度表達(dá)，其中黃早四中的信號(hào)值強(qiáng)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(duì)這些基因的調(diào)控具有短暫、快速等特點(diǎn)相關(guān)。 3、苗期低硝酸鹽處理對(duì)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(qiáng)調(diào)控作用。葡萄糖苷酶基因上調(diào)表達(dá)值在黃

5、早四和Mol7中分別為3和3.5，即硝酸鹽處理對(duì)該基因具有強(qiáng)正調(diào)控作用，且硝酸鹽處理?xiàng)l件下其信號(hào)值比對(duì)照強(qiáng)，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(duì)該基因的強(qiáng)調(diào)控作用。低硝酸鹽對(duì)光誘導(dǎo)蛋白基因的表達(dá)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(hào)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(cè)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(dāng)硝酸鹽濃度大于0.015mol/L時(shí)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(jìn)一步研究。 5、苗期硝酸鹽處理對(duì)部分功能未知的基因如ezma:12507，mir3，ezma: