玉米响应高温胁迫的转录组测序及关键调控基因的鉴定与分析
Transcriptome Sequencing and Identification and Analysis of Key Regulatory Genes in Response to Heat Stress in Maize
在植物生长和防御非生物胁迫(如高温等)等分子机制中,热激转录因子(Heat shock factors,HSF)、热激蛋白(Heat shock proteins,HSP)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)起着至关重要的作用.玉米(Zea mays)作为重要的粮食作物,易受到不良环境如高温、水涝等影响,从而导致产量和质量下降.目前,关于玉米高温胁迫下HSP、HSF、APX和CAT基因家族的研究较少,因此,对其进行分子生物学研究揭示它们在植物抗逆过程中的生物学功能将为提高玉米的产量和质量具有重要理论意义和应用价值.本研究利用最新测序的玉米基因组数据库,通过生物信息学方法对玉米HSP、HSF、APX和CAT基因家族成员进行全基因组鉴定与分析;通过转录组测序分析在高温胁迫下玉米B73品系中基因表达情况;利用实时荧光定量技术研究玉米HSP、HSF、APX和CAT基因家族在高温胁迫下的表达情况.为明确玉米HSP、HSF、APX和CAT的功能及在抗高温过程中分子机制奠定基础.本研究主要获得的实验结果如下:1.从玉米B73基因组中鉴定得到25个HSF、35个HSP(其中包括22个HSP70,2个HSP40,2个HSP90和9个s HSP)、8个APX和5个CAT基因,并鉴定其理化性质;通过对玉米、拟南芥和水稻三个物种中的HSP、HSF、APX和CAT基因进行系统进化分析,确定了其在进化上的亲缘关系;外显子-内含子结构分析表明,其各个基因家族成员所含内含子和外显子的数目存在很大差异,内含子的长度也不尽相同,这些原因都可能造成基因功能的多样性;通过对玉米HSF和HSP家族基因的蛋白质基序分析表明,不同蛋白的结构在保守基序上存在明显的差异,为其功能的分化提供了依据;通过对玉米HSF和HSP家族基因在不同组织中的表达谱分析表明,基因表达具有组织特异性.2.利用RNA-Seq技术对对照组和实验组(高温处理)材料进行转录组测序分析,结果分别从35209446和35205472个Clean data中共鉴定出1857个差异表达基因(DEGs,1029个上调,828个下调),DEGs的KEGG途径富集分析表明,内质网途径中的蛋白质加工在玉米响应高温胁迫反应中起着重要作用;此外,还鉴定出167个可能与玉米响应高温胁迫有关转录因子(TF,Transcription factor),它们属于不同的TF家族(例如,HSF、MYB、AP2-EREBP、b-ZIP、b HLH、NAC和WRKY).结果表明,玉米响应高温胁迫的过程中有许多基因发生了差异性表达.3.利用qRT-PCR技术进一步验证了玉米HSP、HSF、APX和CAT基因家族成员在高温下的表达情况,结果表明,高温胁迫处理可诱导这些基因家族中的大部分成员表达量上调,但也存在部分基因下调,说明这些基因对玉米幼苗响应高温胁迫的过程中所发挥的功能是可能不同.此外,这些基因在不同的组织器官中的表达量存在差异,说明其调控作用可能存在组织特异性.
- 作者：
- 蒋玲玉
- 学位授予单位：
- 安徽师范大学
- 专业名称：
- 遗传学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 钱叶雄
- 中图分类号：
- Q943.2；S513
- 关键词：
- 玉米；高温胁迫；转录组测序；热激转录因子；热激蛋白；过氧化氢酶；抗坏血酸过氧化物酶；基因表达谱
- Maize; Heat stress; Transcriptome sequencing; Heat shock factor; Heat shock protein; Catalase; Ascorbate peroxidase; Gene expression profile;