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利用转录组测序分析大豆矮小突变体中差异表达基因

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主要缩略表

引言

第一章 文献综述

1. 1 大豆的起源

1. 2 大豆在国内外的现状

1. 3 大豆产量研究进展

1. 4 作物矮生性状的遗传研究

1. 5 植物激素与矮化

1.6 转录组测序技术(RNA-Seq)研究进展

1. 7 本研究的目的及意义

第二章 实验材料与方法

2. 1 实验材料

2. 2 试验方法

第三章 结果与分析

3.1大豆矮小突变体Gmdwarf1表型观察

3.2 Total RNA的提取结果检测

3.3 RNA-Seq测序结果及分析

3. 4半定量RT-PC R和q RT-PC R实验验证分析

3.5 Glyma19g01590基因的生物信息学初步分析

第四章 讨论与结论

4.1 大豆矮小突变体Gmdwarf1为赤霉素合成缺陷型

4.2 RNA-Seq测序数据显示在大豆矮小突变体Gmdwarf1中存在多个差异表

4.3 Glyma19g01590基因表达受赤霉素的调节

参考文献

致谢

作者简介

石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表

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摘要

背景:植株高度是农作物的一个重要农艺性状。在对小麦、玉米以及水稻等农作物的研究中发现,改善植株高度、利用矮化基因进行遗传育种,对于农作物的产量提高起到了非常重要的作用。植物的矮化性状具有非常复杂的分子机制。通过对植物矮化基因的研究表明,矮化基因主要可以分为2类:由单基因控制质量性状遗传和由多基因控制的数量性状遗传。植物激素方面,多数植物的矮化突变与植物激素赤霉素(GA)以及油菜素甾醇类(BRs)这两种激素密切相关,还有少数植物矮化突变是与生长素(IAA)有关。
  目的:以大豆矮小突变体和野生型为研究材料,通过RNA-Seq技术分析大豆野生型和矮小突变体的转录组差异,分析差异表达基因,探究大豆致矮机制。
  方法:运用RNA-Seq技术测序分析大豆野生型和突变体的转录组差异;运用半定量RT-PCR(semi-quantitative RT-PCR)和实时荧光定量PCR(quantitative Real-time RT-PCR, qRT-PCR)技术检测差异表达基因的表达量;并通过功能注释和生物信息学分析推测可能导致矮小表型的差异表达基因。
  结果:⑴通过对矮小突变体喷施GA3,可以部分恢复其野生表型。⑵运用RNA-Seq技术测序分析结果显示,共获得大约263 M reads。在大豆矮小突变体的根中,共有408个基因表达上调,256个基因表达下调;在大豆矮小突变体的子叶中,共有1438个基因表达上调,1619个基因表达下调。在子叶和根中共有的129个差异表达基因,其中52个基因为表达上调,77个基因为表达下调。⑶有多个与植物激素相关的基因差异表达,其中Glyma19g01590与植物激素GA调节有关,生物信息学分析表明差异表达基因Glyma19g01590的开放阅读框有594 bp,推测编码197个氨基酸,该蛋白具有GASA(Gibberellic Acid-Stimulated in Arabidopsis)保守区域,GASA保守区域与GA调节有关。半定量RT-PCR实验表明Glyma19g01590在突变体中的表达水平明显高于野生型,qRT-PCR实验表明Glyma19g01590在突变体的表达量大约是野生型的24倍。
  结论: RNA-Seq技术测序分析结果表明在大豆矮小突变体的子叶和根中,共有129个差异表达基因,其中52个基因为表达上调,77个基因为表达下调。其中只有Glyma19g01590与植物激素GA调节有关,其蛋白具有GASA保守区域。Glyma19g01590在矮小突变体中的表达量显著高于野生型中的表达量,同时大豆矮小突变体在施加GA3后可以部分恢复其野生表型,因此推测Glyma19g01590基因是导致大豆矮小表型的因素之一。

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