OsMADS3調(diào)控水稻花藥發(fā)育的代謝組學(xué)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、代謝組學(xué)在農(nóng)作物研究方面的應(yīng)用日漸增多?;ㄋ幇l(fā)育涉及遺傳、生化與環(huán)境等各方面的復(fù)雜作用,其代謝組連接著基因型和表型,對花藥發(fā)育非常重要。但是,人們對代謝組及其調(diào)控機理知之甚少。我們已經(jīng)知道在水稻花藥的發(fā)育過程中,MADS3缺失后花藥變成褐色、出現(xiàn)氧化脅迫特征、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性升高、細(xì)胞內(nèi)ROS水平升高,金屬硫蛋白MT-1-4b能在體外清除ROS,其基因啟動子區(qū)域可以結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子mads3等,但是不太了解其代謝層面的情況。本

2、研究以水稻花藥為實驗材料,以代謝組為研究對象,采用代謝組學(xué)與基因表達(dá)譜分析相結(jié)合的方法,來研究和分析花藥發(fā)育過程中MADS3對代謝組的調(diào)控作用,以此說明花藥的代謝組及其調(diào)控機制。
   通過代謝組學(xué)分析,我們在水稻花藥中檢測到氨基酸、碳水化合物、脂類、核甘酸、多肽、輔助因子、激素與次生代謝物等多個方面的代謝物;MADS3突變后,代謝組變化很大,有146個代謝物的濃度變化顯著,PCA分析和PLS-DA分析表明突變體和野生型差異顯著

3、,有26個代謝物對這種差異的貢獻(xiàn)特別重要。ROS應(yīng)激明顯影響突變體的代謝組,對突變體與野生型差異的貢獻(xiàn)很大(7/26),其羥基化脂肪酸和氧化脂上調(diào),其中羥基化棕櫚酸上升50.74倍;谷胱甘肽、抗壞血酸、類黃酮與VE等抗氧化物質(zhì)的濃度顯著變化。另外,含氮化合物與糖類對代謝組差異的貢獻(xiàn)特別重要(24/26),突變體的C/N變化顯著,表現(xiàn)為氮庫增加、磷酸己糖庫降低,其中有部分代謝物與ROS相關(guān)。通過對全基因組表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)MADS

4、3缺失后影響多項代謝相關(guān)功能,并且主要發(fā)生在花藥發(fā)育的第9期,有87項;而第10、11期卷入的逐漸減少,分別是37項與3項。這些受影響的代謝功能在轉(zhuǎn)錄水平的變化與代謝層面的變化相呼應(yīng)。
   為了進(jìn)一步尋找MADS3發(fā)揮調(diào)控作用的路徑,我們觀察了18個CArG-box元件基因以及所屬的15項功能。這些功能基因作用于代謝網(wǎng)絡(luò)的重要位點,如代謝通路中的限速酶等,改變磷酸己糖庫、氮庫、ROS應(yīng)答及相關(guān)途徑中某些有代表性的代謝物的濃度。

5、花藥發(fā)育第9期,所有CArG-box元件基因在突變體中的表達(dá)發(fā)生顯著變化(突變體/野生型大于2或接近2),對應(yīng)的代謝物變化也很明顯;如低水平的己糖磷酸庫與果糖二磷酸醛縮酶EC:4.1.2.13,果糖-1,6-二磷酸酶EC:3.1.3.11的對應(yīng)CArG-box元件基因下調(diào)(Os06g0608700,-2.14;Os01g0866400,-2.31);谷氨酸脫羧酶(Os04g0447800,-4.12; Os03g0236200,-1.9

6、4)與增大的氮庫(asparagine,8.82; glutamate,6.55)等。MADS3可能通過這些基因作用于代謝組。
   在代謝組學(xué)的技術(shù)應(yīng)用方面,我參加了與美國Metabolon公司的合作,為代謝組學(xué)研究平臺的建設(shè)和運行工作。平臺建設(shè)的主要階段包括:1、準(zhǔn)備實驗場地、安裝儀器設(shè)備、培訓(xùn)操作技術(shù);2、赴美參加代謝平臺技術(shù)培訓(xùn);3、本土平臺與美國實驗室的協(xié)同驗證實驗等?,F(xiàn)在具備檢測樣品和共享國外數(shù)據(jù)庫的資質(zhì),已經(jīng)為來自

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