水稻非生物逆境差异表达基因分析及共表达网络构建
发布时间：2020-05-07 20:15
【摘要】：水稻是世界上最重要的作物之一,同时也是一种单子叶模式植物。在生长发育的过程中,水稻会遭到许多非生物逆境的胁迫,这给水稻产量造成了重大损失。因此,培育出具有抗逆性的水稻新品种具有十分重要的意义。现有的研究虽然已经报道了许多逆境相关基因,但这距离人们全面了解水稻的抗逆机制还有很长的一段距离。为了更进一步地了解水稻的抗逆机制,本研究从公共数据库和本实验室中共搜集得到了491张与水稻非生物逆境相关的基因芯片。计算得到了各个非生物逆境下的差异表达基因之后,我们对这些差异表达基因行了GO富集分析以及启动子区顺式作用元件分析。最后,我们构建了各个非生物逆境下的基因共表达网络。研究的主要结果如下:1.计算得到了各个非生物逆境下的的差异表达基因。其中干旱胁迫下的差异表达基因有2506个,低温胁迫下的差异表达基因有2936个,高温胁迫下的差异表达基因有2259个,盐胁迫下的差异表达基因有2463个,且有174个基因在四种非生物逆境下都差异表达。2.提取各个逆境下的差异表达基因转录起始位点上游1.5kb的序列作为启动子区,对这些启动子区进行顺式作用元件分析。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了26个顺式作用元件,其中有20个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余6个则是功能未知的。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了16个顺式作用元件,其中有12个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了17个顺式作用元件,其中有13个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了24个顺式作用元件,其中有18个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似度,其余6个则是功能未知的。3.计算得到基因的表达量之后,我们构建了各个非生物逆境下的的基因共表达网络,并鉴定到了相应的基因模块。通过对基因显著性以及模块关系进行筛选,我们得到了与各个非生物逆境相关的候选基因。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了13个基因模块和200个与干旱胁相关的候选基因。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了17个基因模块和441个与低温胁迫相关的候选基因。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了22个基因模块和139个与高温胁迫相关的候选基因。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了11个基因模块和57个与盐胁迫相关的候选基因。
【图文】：
et al 2012)。在第二步中，基因之间的相关性被用来构建共表达网络，其中节点代表基因，边代表基因之间存在相关性以及相关性的强弱。在这其中，阈值的选择尤为重要。近来 Cmv 等人比较了 5 种阈值标准，最后发现依据不同的数据集以及分析目的，阈值的选择也是不同的(Cmv et al 2017)。在第三步中，我们将在所有样本中具有相似表达模式的基因聚为一类，以形成基因模块。由于聚类方法的选择对最终的结果会有较大的影响，所以我们在选择聚类方法时要仔细考虑。D'Haeseleer 比较了较为常用的 3 种方法：自组织映射（SOM）、K 均值（K-means）聚类以及层次聚类，最后发现自组织映射要优于另外 2 种方法(D'Haeseleer 2005)。基因模块一旦被鉴定之后，便可被用于后续的一些列分析了，如模块基因的富集分析、模块与性状的相关性分析等。
(Mittler et al 2011; Molassiotis and Fotopoulos 2011)。ROS 和 RNS 具有协同效应，它们共同发挥作用来调控植物应对各种逆境的胁迫。目前有关 ROS 的研究较多，且其在逆境响应过程的信号通路以及它与植物激素之间的互作关系已经被全面报道(Mittler et al 2011)，但关于 RNS 在逆境研究中的报道则相对较少(Molassiotis andFotopoulos 2011)。植物激素也是植物在响应非生物逆境过程中的重要调控因子。其中，ABA(abscisic acid)和 ETH (ethylene)的作用最为关键(Goda et al 2008)。ABA 在许多非生物逆境过程中都发挥关键作用，尤其是在渗透胁迫过程中(Chinnusamy et al 2008; Kimet al 2010)。ABA 信号途径可以根据是否需要转录因子的参与分为两类：一类是不需要转录因子的参与，从而可以快速应对外界环境。典型的例子便是 ABA 通过调控离子和水分子的转运，从而调控气孔的运动(Kim et al 2010)；另一类则需要转录因子的参与，可以调控植物的生长发育等过程，，但所需的时间较长。NutrientDeficiency AnoxiaOsmotic
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511;Q943.2
本文编号：2653497
【图文】：
et al 2012)。在第二步中，基因之间的相关性被用来构建共表达网络，其中节点代表基因，边代表基因之间存在相关性以及相关性的强弱。在这其中，阈值的选择尤为重要。近来 Cmv 等人比较了 5 种阈值标准，最后发现依据不同的数据集以及分析目的，阈值的选择也是不同的(Cmv et al 2017)。在第三步中，我们将在所有样本中具有相似表达模式的基因聚为一类，以形成基因模块。由于聚类方法的选择对最终的结果会有较大的影响，所以我们在选择聚类方法时要仔细考虑。D'Haeseleer 比较了较为常用的 3 种方法：自组织映射（SOM）、K 均值（K-means）聚类以及层次聚类，最后发现自组织映射要优于另外 2 种方法(D'Haeseleer 2005)。基因模块一旦被鉴定之后，便可被用于后续的一些列分析了，如模块基因的富集分析、模块与性状的相关性分析等。
(Mittler et al 2011; Molassiotis and Fotopoulos 2011)。ROS 和 RNS 具有协同效应，它们共同发挥作用来调控植物应对各种逆境的胁迫。目前有关 ROS 的研究较多，且其在逆境响应过程的信号通路以及它与植物激素之间的互作关系已经被全面报道(Mittler et al 2011)，但关于 RNS 在逆境研究中的报道则相对较少(Molassiotis andFotopoulos 2011)。植物激素也是植物在响应非生物逆境过程中的重要调控因子。其中，ABA(abscisic acid)和 ETH (ethylene)的作用最为关键(Goda et al 2008)。ABA 在许多非生物逆境过程中都发挥关键作用，尤其是在渗透胁迫过程中(Chinnusamy et al 2008; Kimet al 2010)。ABA 信号途径可以根据是否需要转录因子的参与分为两类：一类是不需要转录因子的参与，从而可以快速应对外界环境。典型的例子便是 ABA 通过调控离子和水分子的转运，从而调控气孔的运动(Kim et al 2010)；另一类则需要转录因子的参与，可以调控植物的生长发育等过程，，但所需的时间较长。NutrientDeficiency AnoxiaOsmotic
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511;Q943.2
【参考文献】
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1 卢学丹;宋书锋;李落叶;王曼玲;夏新界;;水稻多逆境响应新基因OsMsr9的表达与克隆[J];农业现代化研究;2010年02期
本文编号：2653497
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/2653497.html
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