苗期玉米叶片响应非生物胁迫的转录组分析

摘要

玉米（Zea mays L.）不仅是我国第一大粮食作物，而且是重要的饲料、果蔬和能源作物，在国民经济中发挥着重要的作用。非生物胁迫是影响玉米产量的主要限制因素，盐、干旱、低温和高温等非生物胁迫的发生严重影响了玉米的生长与发育。苗期是玉米受非生物胁迫影响最严重的时期，因而筛选出受非生物胁迫影响而差异表达的基因，将对进一步阐明这些基因的分子生物学机理，挖掘优异等位变异开展玉米抗逆的分子设计育种具有重要的意义。本研究对苗期（三叶期）玉米自交系B73分别进行了高盐、干旱、高温和低温逆境处理，并基于高通量转录组测序(RNA-Seq)技术测定了在不同非生物胁迫条件下的基因表达量，筛选了在不同逆境条件下的差异表达基因，并进一步基于生物信息学方法对差异表达基因进行了功能注释，阐释了其参与的调控通路。主要研究结果包括:(1)与对照相比，在高盐、干旱、高温和低温逆境下分别发现了1661、2019、2346和1481个差异表达基因;(2)这5330个差异表达基因显著富集于51个基因本体，其中富集差异表达基因大于500的基因本体有4个，分别是代谢过程、催化活性、生物调控和转移酶活性;(3)基于对差异基因进行功能注释，发现差异表达基因主要与植物激素代谢、信号转导、转录因子(TFs)、极长链脂肪酸(VLCFAs)以及脂类等的生物合成途径有关。(4)基于对4种逆境条件下的差异表达基因进行比较分析，发现共有167个差异表达基因能够在4种逆境条件下均表现出差异表达的特征，其中包含有10类上调的转录因子（5个ERF，2个NAC，1个ARF，1个MYB，1个HD-ZIP）和2类下调转录因子(1个b-ZIP，1个MYB)，说明玉米可能对不同的非生物胁迫存在相同的响应机制。研究结果筛选到了在几种非生物胁迫条件下均差异表达的基因，也存在不同逆境条件下不同的差异表达基因，表明苗期玉米叶片对这几种非生物胁迫既存在相似又存在不同的响应机制。本研究基于多种非生物胁迫条件下的转录组分析，筛选到了在高盐、干旱、高温和低温条件下差异表达的基因，并阐释了这些基因参与的代谢途径和调控通路，为进一步对目的基因的功能鉴定，挖掘与逆境响应相关的优异等位变异奠定了基础，并将为进一步开展玉米抗逆的分子设计育种提供重要借鉴。

目录

摘要

符号说明

1 前言

1．1 植物响应非生物胁迫的研究进展

1．1．1 植物响应干旱逆境机制的研究进展

1．1．2 植物响应盐碱逆境机制的研究进展

1．1．3 植物响应高温和低温逆境机制的研究进展

1．2 RNA-Seq技术

1．2．1 测序方法的发展

1．2．2 RNA-Seq技术的优势

1．3 转录组测序技术在玉米研究中的应用及展望

1．3．1 新基因挖掘及其功能预测

1．3．2 代谢网络研究领域的应用

1．4 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验试剂与仪器设备

2．2．1 主要实验试剂

2．2．2 主要仪器

2．3 实验方法

2．3．1 总RNA的提取、纯化与质检

2．3．2 转录组测序

2．3．3 转录组数据分析

2．3．4 第一链cDNA合成

2．3．5 qRT-PCR分析

3 结果与分析

3．1 不同逆境条件下玉米叶片转录组测序

3．2 不同逆境条件下玉米叶片中基因表达的分析与验证

3．3 不同逆境条件下玉米叶片中基因差异表达分析

3．4 差异表达基因的功能聚类分析

3．5 差异表达基因中转录因子分析

3．6 ABA合成及信号转导途径对非生物胁迫的响应

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 ABA的生物合成和信号转导相关的差异表达基因

4．1．2 转录因子相关的差异表达基因

4．1．3 极长链脂肪酸(VLCFA)和脂质信号有关的差异表达基因

4．1．4 玉米对不同非生物胁迫响应机制的差异

4．2 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与发表的学术论文

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