玉米應(yīng)答干旱脅迫的轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜數(shù)據(jù)挖掘及WRKY基因家族的分子進(jìn)化.pdf

1、干旱等非生物脅迫是嚴(yán)重影響植物生長發(fā)育以及后期產(chǎn)量的環(huán)境因素。為了適應(yīng)不利環(huán)境，植物進(jìn)化出復(fù)雜的應(yīng)答機(jī)制，包括轉(zhuǎn)錄調(diào)控、表觀修飾、代謝重整等。在轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)錄因子處于中心地位，能夠調(diào)節(jié)成百上千的下游基因的表達(dá)。本研究對(duì)正常和干旱脅迫條件下玉米B73三種不同組織和四個(gè)發(fā)育時(shí)期的24組轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及構(gòu)建共表達(dá)網(wǎng)絡(luò);進(jìn)一步研究了玉米WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系與干旱應(yīng)答表達(dá)譜，具體研究結(jié)果如下:
　　1.通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)

2、的比對(duì)、拼接和表達(dá)量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)至少在一組樣品中表達(dá)的基因有27885個(gè)，而52.24％(14625/27885)的基因在24組樣品中都有表達(dá)。進(jìn)一步差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)了11284個(gè)差異表達(dá)基因，其中干旱脅迫下雌穗和葉片的R1時(shí)期差異表達(dá)基因數(shù)目最多，而雄穗不同時(shí)期的差異基因數(shù)目都相對(duì)較少。
　　2.使用WGCNA包將差異表達(dá)基因劃分為10個(gè)模塊。不同模塊與基因的組織時(shí)期特異性表達(dá)有關(guān)，暗示著不同的功能。進(jìn)一步GO富集分析發(fā)現(xiàn)這些功能

3、包括葉綠體光合作用、酶活性、花粉管生長、膜轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞壁、脅迫響應(yīng)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、水解酶活性等。共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)包含844個(gè)樞紐基因，15.4％的樞紐基因存在全基因組復(fù)制事件，基因復(fù)制產(chǎn)生的同模塊的樞紐基因?qū)χg的表達(dá)相關(guān)系數(shù)更高，說明它們功能趨向于保守。
　　3.通過結(jié)合已知的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，聚焦于共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮樞紐作用的轉(zhuǎn)錄因子。發(fā)現(xiàn)bHLH，NAC,C2H2等轉(zhuǎn)錄因子家族成員在玉米應(yīng)答干旱脅迫和發(fā)育中扮演著雙重角色。
　　4.WRKY

4、轉(zhuǎn)錄因子是植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，在植物應(yīng)答生物或非生物脅迫時(shí)具有重要功能。我們鑒定出玉米基因組含有120個(gè)WRKY基因家族成員，基因結(jié)構(gòu)和蛋白序列分析表明不同WRKY亞家族具有各自獨(dú)特的特征;利用公共數(shù)據(jù)庫中的基因芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)8個(gè)WRKY基因響應(yīng)干旱脅迫;RNA-seq數(shù)據(jù)分析表明58個(gè)WRKY基因響應(yīng)干旱脅迫;利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)鑒定出7個(gè)基因應(yīng)答干旱脅迫;進(jìn)一步對(duì)10個(gè)WRKY基因進(jìn)行啟動(dòng)子順式元件分析，發(fā)現(xiàn)10