玉米光周期敏感近等基因系的轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、玉米（Zea mays ssp.mays L.）是世界上分布最廣泛的糧食作物之一，近年來(lái)在我國(guó)的種植面積超越小麥和水稻而居第一位。為了發(fā)現(xiàn)更多新的玉米品種，熱帶亞熱帶玉米憑借著豐富的遺傳變異，成為最主要的研究對(duì)象。但在溫帶地區(qū)這些品種的光周期的敏感性成為制約品種選育的主要障礙。至今，玉米光周期的研究已經(jīng)被初步報(bào)道，但是光周期路徑中的相關(guān)基因具體是通過(guò)哪些機(jī)制來(lái)影響玉米的開(kāi)花發(fā)育，尚不清楚。植物光周期的過(guò)程極其復(fù)雜，涉及眾多基因的協(xié)調(diào)參與

2、，本研究以溫帶光周期不敏感的黃早4（H4）以及與光周期敏感熱帶自交系CML288構(gòu)建的近等基因系496-10（H4-NIL）為試驗(yàn)材料，在長(zhǎng)日照條件下不同時(shí)期的莖尖觀察分析光周期敏感時(shí)期，并以不同時(shí)期的葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組高通量測(cè)序，結(jié)合生物信息學(xué)、RT-PCR等方法，分析兩種材料在長(zhǎng)日照條件下不同發(fā)育時(shí)期（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化期、生殖生長(zhǎng)期）的表達(dá)模式及調(diào)控路徑。本研究的主要結(jié)論如下：
　　1.通過(guò)莖尖形態(tài)觀察，發(fā)現(xiàn)H4

3、的莖尖在3、4、5、6葉期分別與H4-NIL的莖尖在3、5、6、7葉期時(shí)有相一致的發(fā)育形態(tài)。根據(jù)莖尖形態(tài)將其定義為三個(gè)發(fā)育時(shí)期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化時(shí)期；生殖生長(zhǎng)期。利用RNA-seq技術(shù)對(duì)H4的3、4、5、6葉期及H4-NIL的3、5、6、7葉期進(jìn)行高通量測(cè)序。得到的reads數(shù)在2500~2800萬(wàn)之間，這其中大約有64％的reads在基因組上有唯一的匹配位點(diǎn)。
　　2．生物信息學(xué)分析表明，H4和H4-NIL的對(duì)

4、應(yīng)葉期分別有357、531、736、655個(gè)差異表達(dá)的基因，在上調(diào)的基因中，分別有99、126、94、203個(gè)基因在4個(gè)不同葉期特異表達(dá)，其中有4個(gè)基因在4個(gè)葉期中都上調(diào)；下調(diào)的基因中，分別有122、279、417、229個(gè)基因在4個(gè)不同葉期特異表達(dá)，其中12個(gè)基因在4個(gè)葉期都下調(diào)。根據(jù)GO注釋，富集到的基因功能主要集中于催化活性、氧化還原酶活性、代謝過(guò)程和氧化還原反應(yīng)四大類。而在生物過(guò)程類別中，這些差異基因主要參與離子傳輸和光合作用，

5、利用Cytoscape(v3.0.2)插件ClueGO+Cluepedia v2.1.3,結(jié)合差異基因，生物過(guò)程以及KEGG通路分析，將該差異基因進(jìn)行分類，我們發(fā)現(xiàn)很多基因涉及不僅一個(gè)功能類別，說(shuō)明光周期敏感機(jī)制涉及多種功能及代謝調(diào)控，并可能與其他機(jī)制調(diào)控相互作用。
　　3.通過(guò)差異相關(guān)基因聚類，按照不同葉期的表達(dá)量變化將這些差異表達(dá)基因分為三類：第一類可能是在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段向生殖生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)化的階段起主要作用；第二類基因可能更多的參

6、與了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的調(diào)控；第三類可能與生殖生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控有關(guān)。
　　4.選取H4和H4-NIL的4個(gè)葉期存在表達(dá)差異的19個(gè)光周期相關(guān)基因，根據(jù)它們不同葉期的表達(dá)量變化將其分為三類:第一類基因GRMZM2G002220、GRMZM2G013398、GRMZM2G076602、GRMZM2G138750、GRMZM2G016756，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)階段上調(diào)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向轉(zhuǎn)化階段下調(diào)；第二類AC233888.1_FG002、GR

7、MZM2G062541、GRMZM2G156692、GRMZM2G449950、GRMZM2G021777、GRMZM2G092363、GRMZM2G162737、GRMZM2G165488，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化階段上調(diào)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)階段下調(diào)；第三類GRMZM2G175265、GRMZM2G474769、GRMZM2G004483、GRMZM2G014902、GRMZM2G138455、GRMZM2G165042，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)