利用RNa-Seq技术研究玉米杂交种隆平206的杂种优势及抗涝机制

摘要

隆平206是目前黄淮海地区推广的重要玉米杂交种，实践证明其具有显著的产量优势，且对于玉米普遍难以抵抗的涝害也具有一定的耐受性，但关于该品种的研究多集中在产地栽培适应度及农艺性状等方面，从分子生物学角度的研究相对较少。因此，本论文选择隆平206作为实验对象，利用转录组测序技术，从全基因组转录水平解析隆平206具有较强杂种优势以及耐涝性的机制。得到的主要结果如下:
　　(1)分别对隆平206及其父母本进行转录组测序分析，共发现3005个差异表达基因，在杂交种中上调表达基因有1788个，下调有925个;在差异表达基因的表达模式中，显性表达模式所占比例为76％，超显性表达模式占23％。
　　(2)对差异基因的做进一步的基因本体分析(Gene Ontology,GO)分析，结果显示，隆平206中高表达的差异表达基因主要参与信号转导，碳代谢，能量转运，逆境胁迫，蛋白磷酸化等生理生化过程，为解释隆平206具有显著杂种优势提供了重要的依据;通过分析差异表达基因参与的代谢通路时发现，淀粉与蔗糖代谢途径以及植物激素信号调节等通路在杂交种体内显著富集，参与这些通路的基因表达量显著升高，表明这些通路对于隆平206杂种优势的形成具有重要意义。
　　(3)通过分析杂交种体内的碳水化合物合成与转化途径发现，与蔗糖相关基因表达活跃，可使杂交种体内干物质进行积累，为其他生命活动提供能量，与纤维素相关基因表达活跃，可以为杂交种体内快速的细胞分裂提供一定的物质基础，同时为细胞本身提供更好的保护，这为隆平206具有良好表型提供了一种解释;同理，在杂交种体内，与植物激素相关的基因多上调表达，可能使得隆平206体内激素含量整体增加，加上各种激素的协同作用，为杂种优势的形成提供了另一种解释。
　　(4)隆平206水淹处理前后，共发现3033个差异表达基因，其中在处理组中上调表达的基因为1550，下调的为1483;GO分析发现，水淹处理后，隆平206体内光合作用，过氧化氢分解，碳水化合物合成，乙烯合成等生理生化过程受到了限制，而毒素代谢活性氧清除，水分转运，无氧呼吸等过程得到了提高，说明这些生物学进程对于隆平206耐受水淹胁迫具有一定的意义。
　　本研究结果对于解析玉米杂交种隆平206的杂种优势以及耐涝分子机制具有重要意义，也可为隆平206产量及耐涝性的进一步提高提供了理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 研究背景

1．1．1 玉米总体概况

1．1．2 隆平206育种进展

1．2 杂种优势研究进展

1．2．1 杂种优势的定义与遗传机理

1．2．2 玉米杂种优势的应用及研究进展

1．3 水涝灾害

1．3．1 涝害对玉米产量及生长发育的影响

1．3．2 涝害对玉米生理生化的影响

1．3．3 高通量测序技术在植物响应水淹胁迫中的研究进展

1．4．1 转录组学研究方法

1．4．2 转录组学在玉米中的研究进展

2 引言

2．1 研究目的与意义

3 实验材料与方法

3．1 植物材料种植，淹水处理以及取样方法

3．1．1 供试材料与种植环境

3．1．2 淹水处理与取样方法

3．2 叶片性状测定与数据统计

3．3 叶片RNA样品的提取与纯化

3．4 RNA文库构建，文库质控与上机测序

3．4．1 RNA文库构建

3．4．2 文库质控

3．4．3 上机测序

3．5 测序数据生物信息学分析

3．5．1 测序数据及其质量控制

3．5．3 转录组文库质量评估

3．5．4 基因表达量分析

3．5．6 利用数据库对差异表达基因进行功能注释与富集分析

3．6 实时荧光定量RCR(qRT-RCR)

4 结果与分析

4．1 玉米杂交种隆平206杂种优势的转录组分析

4．1．1 隆平206及其亲本的表型分析

4．1．2 RNA提取的质量与检测

4．1．3 RNA-seq测序结果分析

4．1．4 差异表达基因的鉴定及其分类

4．1．5 qRT-PCR验证

4．1．6 隆平206与父母本之间差异表达基因的功能分类

4．1．7 隆平206与父母本之间差异表达基因的COG功能分类

4．1．8 隆平206与父母本之间的差异表达基因参与代谢调控途径分析

4．2 淹水胁迫下玉米杂交种隆平206的转录组分析

4．2．1 隆平206及水淹处理组的表型和生物量分析

4．2．2 RNA提取的质量与检测

4．2．3 RNA-seq测序结果分析

4．2．4 差异表达基因的鉴定及其分类

4．2．5 qRT-PCR验证

4．2．6 隆平206与水淹处理组之间差异表达基因的功能分类

4．2．7 隆平206与水淹处理组之间的差异表达基因参与代谢调控途径分析

4．2．8 转录因子对隆平206水淹适应性的调节

5 讨论

5．1 玉米杂交种隆平206杂种优势的转录组分析

5．1．2 碳代谢与杂种优势

5．1．3 植物激素信号转导与杂种优势

5．2 水淹条件下玉米杂交种隆平206的转录组分析

5．2．1 水淹导致隆平206体内光合作用率下降

5．2．2 水淹影响隆平206体内碳水化合物的代谢及乙醇发酵

5．2．3 AP2／ERF转录因子对于水淹条件下隆平206的低氧耐受性具有重要作用

结论

参考文献

作者简介

硕士期间发表的研究成果