江南卷柏孢子发育转录组分析及其与拟南芥种子成熟发育转录组特征的比较

摘要

种子性状起源和进化的分子机制是植物进化-发育生物学(Eco-Devo)研究关注的热点问题之一。针对目前提出的由于贮藏物质积累和休眠程序由胚前（孢子）转变至胚后（种子成熟阶段）异时序(heterochronic)表达进而导致种子性状发生的假设，在本项研究中，首先运用高通量测序技术分析江南卷柏(Selaginella moellendorffii)孢子发育转录组特征，然后与拟南芥（Arabidopsisthaliana）种子成熟发育转录组特征进行比较，以从基因表达层面了解孢子及种子成熟发育过程中所涉及的贮藏物质代谢途径的特点和共性，验证前人提出的假设，为探讨种子性状的进化机制提供依据。
　　研究结果表明，在江南卷柏孢子发育阶段，5046个基因的表达式样发生明显改变，其中2194个基因与营养叶相比显著上调表达，另有2857个基因显著下调表达，并有293个孢子发育特异表达基因。基于对公共数据库中拟南芥表达谱数据的分析，筛选得到654个在种子成熟发育时期特异上调表达的基因，850个下调表达的基因。基因同源性和表达式样比较分析结果显示，在5046个江南卷柏孢子发育差异表达基因中，85％以上的基因能在拟南芥基因组中找到同源序列，但其中约30％的基因不在种子成熟发育阶段表达，近50％的基因虽然在种子成熟发育阶段表达，但具有不同的差异表达模式，同源且具有相同表达模式的基因约占7％。基因功能注释结果表明在江南卷柏孢子发育和拟南芥种子成熟发育阶段都显著上调表达的基因绝大部分与贮藏物质的合成相关，包括各类贮藏蛋白（12S球蛋白、Cupin蛋白和胚胎晚期丰富蛋白等）、脂类（三酰甘油）、糖类（主要是蔗糖）和不同类型的次生代谢物，显示出明显的共性，表明种子成熟发育调控程序的形成涉及对进化早期出现的贮藏物质代谢通路的招募和征用(co-option)，但其征用机制以及是否伴随种子性状的起源而发生尚有待进一步研究。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 “进化新征”起源和进化创新机制

1．2 种子性状发生和发育的分子基础

1．3 基于新一代测序技术的转录组分析方法

1．4 本项研究的目的和意义

第二章 江南卷柏孢子发育转录组分析

2．1 材料与方法

2．2 研究结果

2．2．1 RNA检测和测序质量评估

2．2．2 基因注释和表达量统计

2．2．3 差异表达基因筛选

2．2．4 差异表达基因CO功能富集分析

2．3 讨论

第三章 江南卷柏孢子发育与拟南芥种子成熟发育转录组特征比较

3．1 材料与方法

3．2 研究结果

3．2．1 拟南芥种子成熟发育转录组特征

3．2．2 孢子和种子成熟发育相关基因的同源性

3．2．3 孢子和种子成熟发育相关基因差异表达的式样和功能特点

3．2．4 孢子与种子成熟发育贮藏物质积累途径的共性

3．3 讨论

第四章 主要结论和研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表和待发表的论文

致谢

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