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，近年來在我國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)被初步報道，但是光周期路徑中的相關(guān)基因具體是通過哪些機制來影響玉米的開花發(fā)育，尚不清楚。植物光周期的過程極其復(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）為試驗材料，在長日照條件下不同時期的莖尖觀察分析光周期敏感時期，并以不同時期的葉片進行轉(zhuǎn)錄組高通量測序，結(jié)合生物信息學(xué)、RT-PCR等方法，分析兩種材料在長日照條件下不同發(fā)育時期（營養(yǎng)生長期、營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化期、生殖生長期）的表達模式及調(diào)控路徑。本研究的主要結(jié)論如下：
　　1.通過莖尖形態(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)將其定義為三個發(fā)育時期，營養(yǎng)生長期；營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化時期；生殖生長期。利用RNA-seq技術(shù)對H4的3、4、5、6葉期及H4-NIL的3、5、6、7葉期進行高通量測序。得到的reads數(shù)在2500~2800萬之間，這其中大約有64％的reads在基因組上有唯一的匹配位點。
　　2．生物信息學(xué)分析表明，H4和H4-NIL的對

4、應(yīng)葉期分別有357、531、736、655個差異表達的基因，在上調(diào)的基因中，分別有99、126、94、203個基因在4個不同葉期特異表達，其中有4個基因在4個葉期中都上調(diào)；下調(diào)的基因中，分別有122、279、417、229個基因在4個不同葉期特異表達，其中12個基因在4個葉期都下調(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、代謝過程和氧化還原反應(yīng)四大類。而在生物過程類別中，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，生物過程以及KEGG通路分析，將該差異基因進行分類，我們發(fā)現(xiàn)很多基因涉及不僅一個功能類別，說明光周期敏感機制涉及多種功能及代謝調(diào)控，并可能與其他機制調(diào)控相互作用。
　　3.通過差異相關(guān)基因聚類，按照不同葉期的表達量變化將這些差異表達基因分為三類：第一類可能是在營養(yǎng)生長階段向生殖生長階段轉(zhuǎn)化的階段起主要作用；第二類基因可能更多的參

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

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