干湿交替诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱分析
本文选题:水稻 + 干湿交替 ; 参考:《中国水稻科学》2017年02期
【摘要】:【目的】干湿交替(AWD)是水稻种植过程中最重要的管理方式,能够提高水稻根系活力、增强抗逆性。研究发现,AWD能明显促进水稻根表铁膜的形成。然而,AWD诱导水稻根表铁膜形成的基因表达谱尚未见报道。【方法】采用砂培试验,研究了长期淹水(CK)、干湿交替(AWD)、长期淹水加Fe2+(CK+Fe)和干湿交替加Fe2+(AWD+Fe)四个处理下水稻根系基因的差异表达谱。【结果】AWD处理与CK处理相比,水稻根系有506个差异表达基因(DEG)上调表达,有687个DEG下调表达;AWD+Fe处理与CK+Fe处理相比,有308个DEG上调表达和179个DEG下调表达;CK+Fe处理与CK处理相比,有728个DEG上调表达和1175个DEG下调表达;AWD+Fe处理与AWD处理相比,有1252个DEG上调表达和1189个DEG下调表达。维恩图分析发现,共计有3822个DEG参与了AWD诱导水稻根表铁膜形成过程。基因功能(GO)分析表明,在生物过程中共有270个DEG参与了氧化还原反应过程,分子功能中共有165个DEG与氧化还原酶功能有关。生物通路富集分析(KEGG)结果表明,细胞器类、信号刺激类、光合作用类、生物合成类和代谢类等生物通路参与了AWD诱导水稻根表铁膜的形成过程。AWD和根表铁膜形成过程发现有38个共享DEG,这些基因的蛋白注释与水稻抗病性、抗旱性、细胞壁和细胞膜、氧化还原、蛋白激酶和转运、新陈代谢过程有关。与CK处理相比,AWD处理诱导了氧化还原反应过程相关的基因达102个,占总DEG数的8.25%。AWD处理促进了水稻根系过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关基因的上调表达。与CK处理相比,AWD处理提高了水稻根系活力和根表铁膜数量,分别为22.9%和45.7%。实时荧光定量PCR验证结果与转录组分析结果基本一致,其相关系数达到0.90。【结论】综上所述,AWD明显诱导了氧化还原反应过程中的相关基因大量表达,增加了根系氧化力,促进根表铁膜的形成;过氧化物酶、脂肪酸氧化酶和乙醇酸氧化酶等相关的基因可能是AWD诱导水稻根表铁膜形成的重要基因。
[Abstract]:[objective] AWD is the most important management method in rice planting, which can improve root activity and stress resistance of rice. It was found that AWD could significantly promote the formation of iron film on the root surface of rice. However, the gene expression profile of iron membrane formation induced by AWD has not been reported. [methods] Sand culture test was used. The differential expression profiles of rice root genes were studied under four treatments, I. e., long-term flooding, dry and wet alternating treatment, long term flooding and Fe2 + Fe2 + Fe2. [results] AWD treatment was compared with CK treatment. There were 506 differentially expressed genes (DEG) in rice roots, 687 DEG down-regulated expression in AWD-Fe treatment compared with CK Fe treatment, 308 DEG up-regulated expression and 179 DEG down-regulated CK-Fe treatments compared with CK treatment. In 728 DEG and 1175 DEG down-regulated DEG, 1252 DEG up-regulated and 1189 DEG down-regulated compared with AWD treatment. A total of 382 DEG were found to be involved in the formation of iron film in rice root surface induced by AWD. Gene function analysis showed that 270 DEG were involved in the redox process and 165 DEG were related to the redox enzyme function. The results of biological pathway enrichment analysis (KEGG) showed that organelles, signal stimulators, photosynthesis, Biosynthesis and metabolic pathways were involved in the formation of iron membrane on root surface of rice induced by AWD. 38 genes were found to share DEG. The protein annotation of these genes was associated with resistance to disease, drought resistance, cell wall and cell membrane. Redox, protein kinase and transport, metabolic process. Compared with CK treatment, 8.25%.AWD treatment induced 102 genes related to the redox process. 8.25%.AWD treatment, which accounted for the total number of DEG, promoted the up-regulated expression of peroxidase, fatty acid oxidase and glycolate oxidase in rice root system. Compared with CK treatment, AWD treatment increased the root activity and the amount of iron film in root surface, which were 22. 9% and 45. 75.75%, respectively. The results of real-time fluorescence quantitative PCR were consistent with the results of transcriptome analysis, and the correlation coefficient reached 0.90. [conclusion] the above mentioned AWD can induce a large number of genes expression in the process of redox reaction, and increase the oxidation ability of root system. Peroxidase, fatty acid oxidase, glycolate oxidase and other related genes may be important genes of AWD induced iron membrane formation in root surface of rice.
【作者单位】: 华南农业大学资源环境学院;广东省农业科学院水稻研究所;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(31372125) 广州市科技计划资助项目(2014J4100240)
【分类号】:S511
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,本文编号:1835967
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