水稻非生物逆境差异表达基因分析及共表达网络构建

摘要

水稻是世界上最重要的作物之一，同时也是一种单子叶模式植物。在生长发育的过程中，水稻会遭到许多非生物逆境的胁迫，这给水稻产量造成了重大损失。因此，培育出具有抗逆性的水稻新品种具有十分重要的意义。现有的研究虽然已经报道了许多逆境相关基因，但这距离人们全面了解水稻的抗逆机制还有很长的一段距离。
　　为了更进一步地了解水稻的抗逆机制，本研究从公共数据库和本实验室中共搜集得到了491张与水稻非生物逆境相关的基因芯片。计算得到了各个非生物逆境下的差异表达基因之后，我们对这些差异表达基因行了GO富集分析以及启动子区顺式作用元件分析。最后，我们构建了各个非生物逆境下的基因共表达网络。研究的主要结果如下:
　　1.计算得到了各个非生物逆境下的的差异表达基因。其中干旱胁迫下的差异表达基因有2506个，低温胁迫下的差异表达基因有2936个，高温胁迫下的差异表达基因有2259个，盐胁迫下的差异表达基因有2463个，且有174个基因在四种非生物逆境下都差异表达。
　　2.提取各个逆境下的差异表达基因转录起始位点上游1.5kb的序列作为启动子区，对这些启动子区进行顺式作用元件分析。在干旱胁迫条件下，我们鉴定到了26个顺式作用元件，其中有20个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性，其余6个则是功能未知的。在低温胁迫条件下，我们鉴定到了16个顺式作用元件，其中有12个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性，其余4个则是功能未知的。在高温胁迫条件下，我们鉴定到了17个顺式作用元件，其中有13个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性，其余4个则是功能未知的。在盐胁迫条件下，我们鉴定到了24个顺式作用元件，其中有18个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似度，其余6个则是功能未知的。
　　3.计算得到基因的表达量之后，我们构建了各个非生物逆境下的的基因共表达网络，并鉴定到了相应的基因模块。通过对基因显著性以及模块关系进行筛选，我们得到了与各个非生物逆境相关的候选基因。在干旱胁迫条件下，我们鉴定到了13个基因模块和200个与干旱胁相关的候选基因。在低温胁迫条件下，我们鉴定到了17个基因模块和441个与低温胁迫相关的候选基因。在高温胁迫条件下，我们鉴定到了22个基因模块和139个与高温胁迫相关的候选基因。在盐胁迫条件下，我们鉴定到了11个基因模块和57个与盐胁迫相关的候选基因。

目录

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 研究问题的由来

1．2 文献综述

1．2．1 生物学网络

1．2．2 植物应对非生物胁迫的分子机制

1．2．3 研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 主要硬件及软件

2．2 工具和数据库

2．3 数据来源

2．4 差异表达基因分析

2．4．1 基因芯片数据质量控制

2．4．2 计算基因芯片表达水平

2．4．3 鉴定差异表达基因

2．4．4 GO分类富集分析

2．4．5 差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

2．5 WGCNA构建基因共表达网络

2．5．1 网络构建的前提

2．5．2 构建共表达网络的具体步骤

2．5．3 基因模块与样本信息的关联

3 结果与分析

3．1 基因芯片质量控制分析结果

3．2 差异表达基因筛选

3．3 多逆境响应基因

3．4 差异表达基因GO分析

3．4．1 干旱胁迫条件下差异表达基因GO分析

3．4．2 低温胁迫条件下差异表达基因GO分析

3．4．3 高温胁迫条件下差异表达基因GO分析

3．4．4 盐胁迫条件下差异表达基因GO分析

3．5 差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

3．5．1 干旱胁迫条件下差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

3．5．2 低温胁迫条件下差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

3．5．3 高温胁迫条件下差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

3．5．4 盐胁迫条件下差异表达基因启动子区顺式作用元件分析

3．6 基因共表达网络分析

3．6．1 干旱胁迫条件下基因共表达网络分析

3．6．2 低温胁迫条件下基因共表达网络分析

3．6．3 高温胁迫条件下基因共表达网络分析

3．6．4 盐胁迫条件下基因共表达网络分析

4 讨论

4．2 顺式作用元件GGAGKA可能在水稻响应非生物逆境过程中发挥一定的作用

4．3 对WGCNA构建基因共表达网络的思考

4．4 展望

参考文献

附录

致谢