基于共表达网络分析发掘调控玉米株高发育的关键ZmGRF基因

发布时间：2021-03-28 06:17

　　生长调控因子（growth-regulating factors,GRF）基因家族是一类植物特有的转录因子。在模式植物水稻、拟南芥中,部分GRF基因被证实是影响株高发育的核心调控因子。利用加权基因共表达网络分析方法（Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA）,初步构建以玉米ZmGRF基因与调控株高发育的功能基因为核心的共表达网络。结果表明,有9个ZmGRF基因与已报道的调控株高发育基因具有显著的共表达关系,并呈现出网络化的共表达模式,推测这9个ZmGRF基因是调控玉米株高发育的潜在候选基因。进一步通过微共线性分析发现,9个ZmGRF候选基因中有8个基因可以形成基因对,并且所有基因对的Ka/Ks值均显著小于1,暗示调控株高发育候选ZmGRF基因功能的保守性。 

【文章来源】：玉米科学. 2020,28(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Zm GRF基因与株高相关基因表达量相关性分析

利用Clustal W软件对玉米Zm GRF全长蛋白质序列进行多序列对比，并利用MEGA 7.0软件，采用Neighbor-Joining法构建系统发育树，其中，Bootstrap(自展值)设置为100，采用p-distance距离模型，缺失数据的处理方法为pairwise deletion，其他参数为软件默认值。此外，转录组测序的基因相对表达丰度采用FPKM法进行归一化。最后，利用R(3.6.3版本)软件中的pheatmap包绘制玉米ZmGRF基因的表达热图。2 结果与分析

为了进一步探讨Zm GRF基因的进化特征，利用Clustal W软件，将玉米Zm GRF基因编码的全长蛋白质序列进行多序列比对，并通过MEGA7软件、采用邻接法构建进化发育树(图5)。系统发育树可以分成6个亚枝(C1～C6)，每个亚枝中的基因数目不同，C2、C4、C6所含的基因数最少(2个)，而C1所含的基因数最多(5个)，其中，ZmGRF15与ZmGRF16,ZmGRF17与ZmGRF18相似性最高，这也与共线性分析结果一致。此外，将玉米ZmGRF基因在3个杂交组合(低：L,中：M，高：H)的3个不同发育阶段(1:拔节期，2：大喇叭口期，3：抽雄期)的相对表达量进行统计分析(表2)，发现除ZmGRF7基因的相对表达量为0外，其余17个ZmGRF基因呈现出不同的表达模式。图5所示，ZmGRF5基因在3个杂交组合的3个发育阶段呈现出持续上调表达的特征，随着玉米的株高发育，该基因表达量也逐渐升高。Zm GRF4和Zm GRF10基因的相对表达量在3个自交系的3个不同时间点均保持稳定高表达，而Zm GRF17和Zm GRF18基因的相对表达量较低。调控株高发育的候选Zm GRF基因呈现不同表达模式，暗示着玉米株高发育调控网络的复杂性，不同的基因可能在不同发育阶段发挥着重要作用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]利用WGCNA鉴定玉米株高和穗位高基因共表达模块[J]. 马娟,曹言勇,王利锋,李晶晶,王浩,范艳萍,李会勇.  作物学报. 2020(03)
[2]Overexpression of the maize GRF10, an endogenous truncated growth-regulating factor protein, leads to reduction in leaf size and plant height[J]. Lei Wu,Dengfeng Zhang,Ming Xue,Jianjun Qian,Yan He,Shoucai Wang.  Journal of Integrative Plant Biology. 2014(11)
[3]玉米种质改良与相关理论研究进展[J]. 张世煌,田清震,李新海,李明顺,谢传晓.  玉米科学. 2006(01)



本文编号：3105040