小麦成熟胚分化和脱分化中基因的差异表达分析

摘要

细胞分化和脱分化是组织培养过程中两个不同的生物过程。为了揭示小麦成熟胚分化和脱分化过程分子机理，本研究以豫麦18为材料，利用基因芯片技术在基因转录水平上研究了小麦成熟胚在有、无2，4-D诱导下脱分化过程中相关的差异表达情况，主要结果表明： 1）2，4-D对小麦成熟胚脱分化的发生具有决定性作用。对小麦成熟胚培养过程观察结果表明，在无2，4-D的培养基中，小麦成熟胚进行的是自然萌发的过程，先长出根，再进行发芽。在有2，4-D的培养基里小麦成熟胚形成了愈伤组织，并且随着时间的推移愈伤组织愈来愈多，在外观可以明显的看到剥离的小麦成熟胚在不断地变大，说明2，4-D对改变小麦成熟胚离体培养的发育途径具有决定作用。 2）利用基因注解对小麦成熟胚分化与脱分化过程中相关基因进行功能分类．在有意义表达的341个基因中，细胞壁相关基因有13个，生物膜与物质运输相关基因有23个，信号转导相关基因有33个，离子通道及运输相关基因有4个，蛋白质合成基因有7个，蛋白加工和贮藏基因有37个，氨基酸代谢相关基因有9个，脂肪代谢相关基因有8个，糖代谢相关基因有20个，能量代谢相关基因有9个，细胞骨架相关基因有7个，转录因子基因有7个，分子伴侣基因有9个，转录翻译修饰相关基因有12个，染色体相关基因有13个，细胞分裂相关基因有2个，激素相关基因有7个，萌发相关基因有2个，解毒功能相关基因有3个，微量元素相关基因有7个，发病机理相关基因有16个，胁迫相应基因有19个，假设蛋白7个，未知蛋白14个，其他53个。 3）小麦成熟胚分化与脱分化过程主要功能基因表达分析。Expansin在成熟胚细胞分化和脱分化过程中都上调，能积极地影响细胞结构的改变。编码信号识别颗粒的X13913．1基因在脱分化过程中上调，在分化过程中下调，它能在蛋白质折叠过程中起作用。编码谷氧还蛋白的基因BJ305759在脱分化过程的上调表达是分化过程中的3．5倍，在脱分化过程细胞内氧化还原平衡状态的调控及抵抗氧化应激损伤过程中发挥重要作用。核糖体蛋白基因在脱分化和分化过程上下调的基因表达情况相似。3个编码MYB转录因子家族类基因和3个编码bZIP转录因子家族类基因以及一个编码bZIP转录因子家族类基因在脱分化过程中上调表达量高于分化中的表达量，推测在脱分化过程中对基因的调控较强烈，初步确认这些基因在脱分化过程中受到2，4-D的刺激而起的反应。细胞骨架蛋白基因在分化和脱分化过程中多为上调表达，在24小时的培养过程中，成熟胚已经得到了2，4-D的刺激，并向两个不同的方向发展。RNA为解螺旋酶基因BJ211972在分化过程中上调在脱分化过程中下调，推测在分化过程中能促进细胞分裂，用以形成新的组织器官。这些功能基因的差异表达可能对小麦成熟胚分化和脱分化的启动和进行有重要影响。

目录

文摘

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声明

致谢

1 文献综述

1.1 植物组织培养细胞分化与脱分化的研究概况

1.1.1 细胞的全能性

1.1.2 分化与脱分化过程中细胞结构的变化

1.1.3 分化与脱分化过程中细胞周期的调控

1.1.4 分化与脱分化过程中激素的调控

1.1.5 分化与脱分化过程中PH的调节

1.1.6 细胞分化与脱分化的分子基础

1.1.7 愈伤组织形成时期的划分及各个时期的特点

1.1.8 脱分化研究存在问题

1.1.9 脱分化产生的条件

1.2 小麦愈伤组织培养

1.2.1 小麦愈伤组织培养研究

1.2.2 小麦成熟胚脱分化研究意义

1.3 基因芯片技术

1.3.1 基因芯片技术概述

1.3.2 基因芯片的分类

1.3.3 基因芯片系统构成

1.3.4 基因芯片的优缺点

1.3.5 基因芯片技术的应用

2 引言

3 材料与方法

3.1 基因芯片实验方法

3.1.1 材料处理

3.1.2 RNA的提取

3.1.3 RNA的纯化

3.1.4 cDNA、cRNA的合成与纯化

3.1.5 cRNA片断化

3.1.6 芯片杂交

3.1.7 芯片检测参数的获取

3.1.8 数据分析

3.1.9 差异表达基因的注解及分类

3.2 半定量RT-PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳检测

4.结果与分析

4.12，4-D对小麦成熟胚培养的影响

4.2 小麦成熟胚分化与脱分化相关的基因分类

4.3 小麦成熟胚分化与脱分化过程中相关基因的表达变化

4.3.1 细胞壁相关基因的表达变化

4.3.2 生物膜及物质运输相关基因表达变化

4.3.3 信号转导相关基因的表达变化

4.3.4 离子通道及运输相关基因的表达变化

4.3.5 蛋白质合成相关基因的表达变化

4.3.6 蛋白加工和贮藏相关基因的表达变化

4.3.7 氨基酸代谢相关基因的表达变化

4.3.8 脂肪代谢相关基因表达变化

4.3.9 糖代谢相关基因的表达变化

4.3.10 能量代谢相关基因表达变化

4.3.11 细胞骨架相关基因表达变化

4.3.12 转录因子的表达变化

4.3.13 转录翻译修饰相关基因的表达变化

4.3.14 染色体相关基因的表达变化

4.4 半定量RT-PCR检测激素相关基因芯片数据的可靠性

5 结论与讨论

5.12，4-D对小麦成熟胚的分化和脱分化具有决定性影响

5.2 小麦成熟胚分化和脱分化过程中基因表达的复杂性

参考文献