水稻代謝組的生化及遺傳基礎(chǔ)研究.pdf

1、植物代謝物對(duì)于植物自身和人類的營(yíng)養(yǎng)健康都非常重要。盡管近年來代謝組學(xué)領(lǐng)域的研究有了很大的進(jìn)展，然而，在植物代謝組的遺傳調(diào)控和自然變異方面很大程度上都是未知的。目前，通過建立MS2T（二級(jí)質(zhì)譜標(biāo)簽）數(shù)據(jù)庫極大地促進(jìn)了以LC-MS（液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用）為基礎(chǔ)的代謝組學(xué)的發(fā)展，同時(shí)也利用標(biāo)準(zhǔn)品發(fā)展了廣譜定向的代謝組學(xué)研究方法。在此基礎(chǔ)上，我們發(fā)展了一種步進(jìn)MIM-EPI（多離子監(jiān)測(cè)模式-增強(qiáng)子離子掃描）的方法來構(gòu)建MS2T數(shù)據(jù)庫，并且我們通過

2、步進(jìn)MIM的方法來觸發(fā)二級(jí)質(zhì)譜離子的收集。首先，我們總共獲得了698種幾乎沒有重復(fù)結(jié)果的二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)，并且鑒定了其中的135種代謝產(chǎn)物。然后利用這些MS2T數(shù)據(jù)庫中的代謝物，結(jié)合MRM（多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式）對(duì)277個(gè)定向的代謝產(chǎn)物（包括一些植物激素）進(jìn)行了相對(duì)定量。進(jìn)一步對(duì)這些代謝產(chǎn)物在水稻葉片中的脫水應(yīng)激反應(yīng)和自然變異進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)ABA（脫落酸）以及多胺類的物質(zhì)在旱脅迫下有明顯的應(yīng)激反應(yīng)，而碳糖糖基化的黃酮可以作為一種潛在的秈稻和粳稻分

3、型的標(biāo)簽物質(zhì)來進(jìn)行研究。這些結(jié)果表明我們新建立的水稻MS2T數(shù)據(jù)庫和廣譜定向的代謝組學(xué)研究方法可以作為一個(gè)功能基因組學(xué)研究的工具。
　　本研究利用RIL（重組自交系）群體，對(duì)900多種代謝產(chǎn)物定位了2800多個(gè)mQTL（代謝數(shù)量性狀座位），通過分析兩個(gè)組織（抽穗期劍葉和發(fā)芽72h種子）的代謝譜及mQTL的定位結(jié)果，揭示了代謝譜的積累模式在不同組織之間的差異，以及控制代謝物含量的復(fù)雜的遺傳調(diào)控模式。根據(jù)mQTL定位的結(jié)果，我們進(jìn)一步

4、結(jié)合轉(zhuǎn)錄組以及生物信息學(xué)分析篩選到了24個(gè)候選基因，包括一些可以調(diào)控或者影響重要農(nóng)藝性狀和生物學(xué)過程的基因，并對(duì)其中部分進(jìn)行了功能驗(yàn)證。該研究為水稻功能基因組學(xué)（特別是代謝組學(xué)）研究提供了大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果，深化了人們對(duì)水稻代謝組的遺傳基礎(chǔ)的理解，有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁。為了進(jìn)一步解析水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ)，我們對(duì)529份水稻自然品種中所檢測(cè)到的840種代謝產(chǎn)物進(jìn)行了mGWAS（代謝全基因組關(guān)聯(lián)分析）。首先通

5、過自然品種代謝譜的分析，發(fā)現(xiàn)水稻代謝組在種內(nèi)及亞種間存在巨大差異，揭示出逆境應(yīng)答代謝組在亞種分化中的可能作用。進(jìn)一步對(duì)所定位到的數(shù)百個(gè)高精度、大效應(yīng)的控制代謝物含量的自然變異位點(diǎn)進(jìn)行分析，找到了36個(gè)影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育、逆境生理及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)形成過程重要代謝物的候選基因。在此基礎(chǔ)上，通過遺傳轉(zhuǎn)化及生化分析，鑒定了其中5個(gè)基因的功能，并進(jìn)一步重構(gòu)了水稻逆境抗性及營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)的重要代謝途徑。該研究成功表明水稻代謝組的遺傳和生化基礎(chǔ)研究可以作為遺傳