利用基因芯片分析小麥春化過程中莖尖基因表達(dá)譜的研究.pdf

1、春化作用對(duì)冬小麥(Triticum aestivum L.)的開花時(shí)間以及穗發(fā)育均有重要影響，研究小麥春化作用的分子機(jī)制對(duì)小麥的引種、栽培等生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有重要的指導(dǎo)意義。本研究以小偃6號(hào)小麥為材料，利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)了春化不同時(shí)期莖尖的基因表達(dá)譜。以芯片數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了小麥中已知春化相關(guān)基因、MADS-box類基因以及組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因在春化處理和未春化處理的莖尖和葉片中的表達(dá)模式。根據(jù)芯片中基因表達(dá)量的變化，篩選出部分

2、候選基因并進(jìn)行序列克隆，通過異源轉(zhuǎn)化擬南芥初步鑒定其功能。 1.春化過程中小麥莖尖的基因表達(dá)譜分析 利用SAM(Significance Analysis of Microarrays)軟件對(duì)芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在FDR(False Discovery：Rate)<0.1時(shí)，共有1201組探針信號(hào)具有顯著差異。結(jié)合形態(tài)學(xué)的觀察結(jié)果，我們篩選到在春化作用關(guān)鍵時(shí)期發(fā)生顯著變化的探針233組，并對(duì)其進(jìn)行了功能分類。春化過程中發(fā)生

3、顯著變化的基因主要有：蛋白激酶、蛋白氧化還原酶及氨基酸轉(zhuǎn)移酶相關(guān)基因(上調(diào)24個(gè)，下調(diào)11個(gè))，基因表達(dá)調(diào)控的相關(guān)基因(其中上調(diào)19個(gè)，下調(diào)14個(gè))，部分逆境脅迫基因及膜結(jié)合蛋白基因。推測(cè)這些基因參與了小麥莖尖響應(yīng)春化信號(hào)的過程。 2.已知小麥春化相關(guān)基因的表達(dá)模式 通過對(duì)芯片數(shù)據(jù)的挖掘，找到了已知小麥春化相關(guān)基因VRN1、VRN2和VRN3的探針，利用qRT-PCR技術(shù)檢測(cè)了這些基因在春化和未春化處理的小麥莖尖及葉片中

4、的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，春化處理后VRN1在莖尖和葉片中均被誘導(dǎo)表達(dá)，未春化處理的莖尖和葉片中該基因的表達(dá)量較低；VRN2在春化和未春化處理的莖尖中表達(dá)量均較低，而在未春化處理的葉片中的表達(dá)量較高；在春化和未春化處理的莖尖和葉片中都沒有檢測(cè)到VRN3的mRNA積累。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了VRN1是小麥中響應(yīng)春化處理并影響莖尖發(fā)育命運(yùn)的關(guān)鍵基因這一假說。 3.MADS-box類基因可能在小麥春化作用中起到了重要作用 通過對(duì)芯片

5、數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)部分MADS-box基因在春化處理過程中的表達(dá)變化顯著，進(jìn)一步檢測(cè)了這些基因在春化處理和未春化處理的莖尖以及葉片中的表達(dá)模式。我們發(fā)現(xiàn)，TaMADS1和TaAGL32在莖尖中具有與VRN1相似的表達(dá)模式，春化處理能夠誘導(dǎo)這兩個(gè)基因的表達(dá)。根據(jù)其表達(dá)模式，我們推測(cè)TaMADS1和TaAGL32可能與VRN1、WFL共同作用，促進(jìn)了小麥莖尖在春化過程中的成花轉(zhuǎn)變。此外，春化處理能夠抑制TaAGL1、TaAGL11、TaAGL

6、13和TaAGL41在莖尖中的表達(dá)，說明這些基因的功能可能是抑制小麥莖尖的成花轉(zhuǎn)變，而春化處理能夠解除這種抑制。 4.組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因可能參與了小麥春化作用的過程 我們檢測(cè)了小麥中組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因在春化處理和未春化處理的莖尖及葉片中的表達(dá)模式。結(jié)果顯示，春化處理能夠抑制TaVIL1、TaVIL2、TaHAT2、TaHDAC3、TaCMT3和TaMBD1在莖尖的表達(dá)，推測(cè)這些基因參與了小麥莖

7、尖響應(yīng)春化處理并進(jìn)行成花轉(zhuǎn)變過程中的基因表達(dá)調(diào)控。 5.過表達(dá)TaAP2推遲了擬南芥的開花時(shí)間 在發(fā)生顯著變化的233組探針中，我們選取了6個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因進(jìn)行克隆，并轉(zhuǎn)化擬南芥，研究其對(duì)擬南芥開花時(shí)間的影響。研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)TaAP2能夠延遲擬南芥在長日照下的開花時(shí)間，而春化處理能夠抑制這個(gè)基因在莖尖的表達(dá)，因此，我們認(rèn)為這個(gè)基因的功能可能是抑制小麥莖尖的成花轉(zhuǎn)變。 綜上所述，本研究以基因芯片分析為切入點(diǎn)，篩選在