煙草響應(yīng)低鉀脅迫的基因表達(dá)譜分析.pdf

1、煙草鉀素與其品質(zhì)密切相關(guān)，可以提高煙草外觀質(zhì)量、使煙葉富有彈性和身份適中、改善燃燒性，協(xié)調(diào)化學(xué)成分等。同時(shí)煙草作為一類喜鉀經(jīng)濟(jì)作物與土壤中可利用鉀含量較低的現(xiàn)狀存在著矛盾。因此，探索煙草低鉀響應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)煙草低鉀分子響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行基礎(chǔ)研究，為煙草育種工作提供基因資源，是目前亟待進(jìn)行的工作。本研究通過培養(yǎng)基培育K326煙草幼苗，對(duì)其進(jìn)行了0h（對(duì)照）、6h、12h、24h的低鉀逆境脅迫處理，從轉(zhuǎn)錄組水平出發(fā)，使用基因芯片技術(shù)對(duì)煙草低

2、鉀響應(yīng)基因進(jìn)行了分析檢測(cè)和研究，采用了時(shí)間序列表達(dá)趨勢(shì)分析、Heat map熱點(diǎn)聚類分析、Pathway代謝途徑分析、GO功能分類等生物信息學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。研究結(jié)果如下:
　　1、本研究以0h作為參照，進(jìn)行了三組不同時(shí)間點(diǎn)基因表達(dá)量的對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)顯著差異表達(dá)(p value≤0.05)，且表達(dá)倍數(shù)大于2倍的差異表達(dá)基因數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)，總共變化非冗余差異表達(dá)基因信息3790個(gè)，其中最初時(shí)間點(diǎn)6h差異表達(dá)基因數(shù)量最多，響應(yīng)最為明

3、顯，基因數(shù)量為2277個(gè)，上調(diào)1270個(gè)，下調(diào)1007個(gè);12h變化基因數(shù)量為1954個(gè)，上調(diào)1159個(gè)，下調(diào)795個(gè);24h變化基因數(shù)量為1835個(gè)，上調(diào)1023個(gè)，下調(diào)812個(gè)。三個(gè)處理均差異表達(dá)的上調(diào)基因有300個(gè)，下調(diào)基因有257個(gè)，該557個(gè)基因共涉及到八個(gè)時(shí)間序列表達(dá)趨勢(shì)。
　　2、煙草低鉀脅迫Pathway代謝途徑顯著性分析表明(p value≤0.05)，各處理上下調(diào)基因單獨(dú)注釋后，顯著性富集到的代謝通路有49條，

4、包括氮代謝、類胡蘿卜素代謝、光合作用天線蛋白、光合作用碳固定、淀粉和糖代謝、糖酵解/糖異生、磷酸戊糖途徑等與煙草產(chǎn)量和品質(zhì)形成相關(guān)的重要途徑。
　　3、GO功能分類顯著性分析表明(p value≤0.05)，煙草低鉀脅迫下，顯著性富集到18個(gè)GO二級(jí)分類，包括抗氧化活性、結(jié)構(gòu)分子活性、電子載體活性、應(yīng)激反應(yīng)、運(yùn)輸活性、免疫系統(tǒng)、定位、死亡、解剖結(jié)構(gòu)形成、酶調(diào)活性、發(fā)育過程、多細(xì)胞生物過程、催化活性、生物調(diào)節(jié)、代謝過程、細(xì)胞過程、轉(zhuǎn)

5、錄因子活性、結(jié)合。
　　4、本研究中，我們找到了五個(gè)鉀轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸基因，分別有KUP3、KUP6、KUP11、AtCHX13、SKOR。跨膜運(yùn)輸活性中找到130個(gè)DEGs，與礦質(zhì)離子相關(guān)的有AMT、NRT、ACA、CAX、CNGC、ECA、PHT、SULTR、MGT等;響應(yīng)非生物刺激中找到ERF、HSF、GATA等417個(gè)DEGs;轉(zhuǎn)錄因子活性中找到201個(gè)DEGs，有MYB、WRKY、bZIP、NAC等;氮代謝中找到152個(gè)DEGs

6、，包含硝酸鹽同化基因GAD、GSR、GDH、NIA等;細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中找到14個(gè)DEGs，包括結(jié)構(gòu)蛋白基因EXT、LRX、EXP;生物合成中找到704個(gè)DEGs，包含光合色素合成基因PSY、AT5G17230、LYC、BETA-OHASE等;糖代謝中找到66個(gè)DEGs，有AtSPS、PHS、UGP、HKL、PGM、PFK、ALDH、AT5G56350、G6PD等;信號(hào)傳導(dǎo)中找到67個(gè)DEGs，包括YUC、SAM、IPT、CAM、CBL、AN

7、NAT、CBL等;呼吸爆發(fā)中找到18個(gè)DEGs，其中大部分為乙烯響應(yīng)因子ERF;衰老中找到25個(gè)DEGs，有ATG、CPR5、SAG等;光合作用中找到25個(gè)DEGs，有LHCB、CAB、LHCA、AtNADP-ME、AT5G38420、AtPPC等。
　　5、煙草低鉀脅迫引起了廣泛的分子水平變化，包括與煙草品質(zhì)形成息息相關(guān)的代謝途徑和功能分類，并富集到大量參與其中的差異表達(dá)基因，對(duì)以上基因功能進(jìn)行的分析，在煙草低鉀脅迫分子響應(yīng)機(jī)制