利用eQTL联合分析挖掘玉米籽粒发育早期影响粒大小的关键基因

发布时间：2020-05-25 20:05

【摘要】：玉米籽粒的性状是影响玉米产量的重要因素。研究玉米籽粒发育过程中基因的调控网络、解析关键时期重要基因的调控关系对于理解籽粒发育进程进而提高玉米的产量具有重要的指导意义。我们的课题旨在利用玉米自交系群体在籽粒授粉后5天和15天的转录组数据,结合已发表的基因型和表型组数据,从分子遗传学的角度来对玉米籽粒的发育进程进行研究,以期挖掘对籽粒大小有贡献的基因。我们在分析的过程中采用了多种数量遗传学分析手段相结合的方法,对全基因组关联分析(GWAS)、表达数量性状位点(eQTL)以及数量性状转录本(QTT)的结果进行了整合,最终发现了 137个在籽粒发育5DAP时期影响粒长性状的关键基因。在这137个基因中,有43个基因落在已报道的粒长相关的QTL区域中。除此之外,我们还将籽粒5DAP与15DAP时期的基因调控进行比较,发现了一些与发育阶段特异性eQTL相关的有趣现象,包括时期特异性的eQTL相比时期共有的eQTL距离调控基因相对更远;以及324个eQTL在两个时期中具有反向调控效应的现象。此外,我们还揭示了很多时期特异的且调控多个靶基因的eQTL,其中包括一个15DAP时期特异的、调控53个基因的超级调控位点。这个位点位于玉米GRMZM144726基因座,编码拟南芥ECT2的同源基因,推测可能通过识别RNA上的m6A修饰来对下游基因进行稳定性调控。值得一提的是,在这53个基因中有10个基因编码玉米胚乳中的主要储藏蛋白——醇溶蛋白(zein),还有两个是已知调控醇溶蛋白表达的基因Opaque2和ZmICE1。综上所述,我们的结果不但揭示了籽粒发育早期基因的复杂调控关系,还挖掘出了多个在籽粒发育早期影响籽粒大小的关键基因,对玉米籽粒产量性状的解析具有重要的推动作用。
【图文】：

为了使结果更可信，最终直选取在基因组中有单一匹配位点的序逡逑列进行后续分析。之后利用比对回基因组上的序列进行基因表达量和ＳＮＰ逡逑的鉴定（图３．１）。逡逑Ｃｌｅａｎ邋ＲＮＡ－ｓｅｇ邋ｄａｔａ逡逑Ｈ逡逑Ｍａｐ邋ｔｏ邋ｍａｉｚｅ邋Ｂ７３逡逑ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋ｇｅｎｏｍｅ逡逑Ｈ逡逑Ｓｅｌｅｃｔ邋ｕｎｉｑｕｅｌｙ逡逑ｍａｐｐｉｎｇ邋ｒｅａｄｓ逡逑／邋＞逡逑Ｃａｌｃｕｌａｔｅ邋ｇｅｎｅ逦ｃａｌｌ邋ＳＮＰ逡逑ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ邋ｌｅｖｅｌ逡逑图３．１．邋ＲＮＡ－ｓｅｑ数据的分析流程。将序列进行质量检测，保留高质量的序列。然后比对回参考逡逑基因组，筛选单一匹配位点的序列。之后进行基因表达量的计算和ＳＮＰ的挖掘。逡逑首先，我们利用ＲＮＡ－ｓｅｑ的数据获取基因在群体中的表达量。我们逡逑去掉了在群体中表达中位数值为0的基因，最终保留了邋２７１０３个在５ＤＡＰ逡逑时期表达较高的基因。我们将所有基因的表达量与１５ＤＡＰ时期的表达量逡逑１５逡逑

最终发现有３６５４个基因在５ＤＡＰ时期的表达量与１５ＤＡＰ相比逡逑具有显著高表达（图３．２Ａ）。通过基因功能富集分析发现，这些基因显著逡逑富集在细胞的生长、分裂和分化，，组织形态建成以及信号传导等生物学逡逑过程中（图３．２Ｂ）。这些过程都是与籽粒早期发育息息相关的。逡逑Ａ逦Ｂ逦Ｉ逦Ｉ逡逑＾逦－逦！逦！邋ｆ邋！逡逑２邋丨．．．．．．．Ｖ．．．．．邋．逦｝邋！邋Ｉ！邋ｉ｜ｊ！邋！逡逑：ｖ．逦．邋．．．邋＞＇ｒ逦ｉｉｉｉｓｌｌｌｊ，！逡逑Ｉ邋？邋ｒ逦Ｉ邋Ｉ邋！邋ｆ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋！邋｜邋！邋！逡逑Ｉ邋ｉ逦？逦！邋１邋Ｉ邋！邋３邋３邋３邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑ｉｇｊａＥ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２逡逑５ＤＡＰ邋ｍｅｄｉａｎ邋ｅｘｐｒｅｓｓｗｎ逦0邋１邋２邋３邋４邋５邋６逡逑＾0６ｉ0（Ｐ邋ｖａｌｕｅ）逡逑图３．邋２．杆粒发育５ＤＡＰ时期比１５ＤＡＰ显著高表达的基因以及它们的功能富集。（Ａ）所有基因在逡逑籽粒发育５ＤＡＰ和１５ＤＡＰ时期的表达量比较。横坐标为５ＤＡＰ时期基因在群体中的表达中位值，纵逡逑坐标为１５ＤＡＰ时期的表达中位值。红色的点代表５ＤＡＰ显著高表达的基因，蓝色的点代表１５ＤＡＰ逡逑显著高表达的基因，灰色代表表达量没有显著差异的基因。（Ｂ）在５ＤＡＰ时期显著高表达的３６５４逡逑个基因的功能聚类分析。这些基因根据表达的相似性分为８个组：ｃｌｕｓｔｅｒ邋１到ｃｌｕｓｔｅｒ邋８。每逡逑个分组中的基因单独进行Ｇ０分析，其显著性用颜色表示，颜色越深代表显著性越强。逡逑因为玉米籽粒的发育是一个复杂的生物学过程
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

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本文编号：2680678