水稻OsCAT3敲除植株的差异表达基因分析
发布时间：2021-08-04 09:00
为了进一步研究OsCAT3的分子机制及分子调控网络,利用基因芯片对WT和OsCAT3crispr幼苗进行了全基因组分析。本研究利用CRISPR/cas9技术敲除过氧化氢酶基因OsCAT3,获得的转基因植株OsCAT3crispr。利用基因芯片技术分析发现,转基因植株OsCAT3crispr中差异表达基因共8 812个,其中4 580个表达上调,4 232个表达下调。对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析发现,差异基因在毒素代谢以及光合作用相关的途径中显著富集,表明水稻过氧化氢酶基因OsCAT3可能与毒素代谢和光合作用途径有关。本试验对OsCAT3crispr进行基因芯片分析得到了大量的差异基因,对深入了解过氧化氢酶基因调控机制有重要的意义。
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
差异表达基因的GO分类
下调表达最大基因(表3)Os06g0625400(SPP)与叶绿体的发生和组装、叶发育、根发育有关，它参与细胞结构中的叶绿体的前体的形成(江芳等,2016,植物生理学报,52(8):1214-1222)。NYC1是叶绿素b还原酶基因，在转基因植株中表达下调，该基因主要与叶片衰老过程中光捕获复合体Ⅱ(Light-harvesting protein complexⅡ,LHCII)和叶绿体基粒的降解密切相关(Shen et al.,2019)。推测OsCAT3可能调节光合作用网络来影响水稻生长发育，这可能是导致阳性转基因苗OsCAT3转基因水稻植株呈现叶片干枯、有白斑、呈明显的病叶状的主要原因。对差异基因进行GO term分类分析，差异表达基因的分布范围广泛，除了参与细胞膜与质膜的组成还参与物质运输、信息传递，在生物过程分类中，共存在9个基因与植物抗毒素有关。植物毒素是植物受到生物或者非生物因子的侵害时体内合成并积累的一类低分子物质，可以抵御病害的感染。对马铃薯进行过氧化氢处理发现诱导了植物抗毒素的产生。推测OsACT3敲除导致过氧化氢的积累，诱导了植物抗毒素的合成。
在上调差异表达前10的基因中(表2),5个基因Os03g0245800(FC=1 122.57)、Os04g0107900(FC=1 046.06)、Os03g0267000(FC=414.29)、Os03g0745000(FC=353.95)和Os04g0445100(FC=916.65)均属于热激蛋白Hsps基因家族，该基因家族受热胁迫时会诱导合成一类热应激蛋白，保护细胞免受进一步的损害。Zou等(2009)用RT-PCR分析水稻中的9个热激蛋白的表达模式，其结果表明这9个OsHSP基因在植物的发育和生物胁迫中有重要作用(Ruibal et al.,2013)。推测OsCAT3可能通过调控OsHSP基因的表达来提高转基因水稻OsCAT3crispr的抗热胁迫能力。其余5个基因分别编码DnaK家族蛋白质、谷胱甘肽硫转移酶、谷胱甘肽硫转移酶GSTU6及两个未知蛋白。下调表达前10的基因包括(表3)：水稻基质加工肽酶基因Os06g0625400(差异倍数FC=-83.33)；植物特异性结构域TIGR01589家族蛋白Os05g0462000(FC=-80.00);2个蛋白酶抑制剂/种子贮藏/LTP家族蛋白前体Os03g0718800(FC=-56.50)、Os03g0718800(FC=-34.97);2个锌指家族蛋白Os06g0141200(FC=-44.44)、Os06g0141200(FC=-34.97)；金属硫蛋白基因Os05g0111300(FC=-37.31);NADH-谷氨酸合酶基因Os05g0555600(FC=-36.50)；脂氧合酶基因Os02g-0194700(FC=-34.72)。差异倍数最大的基因编码水稻基质加工肽酶，该基因参与植物光合作用机制，与叶绿体的生物发生和组装有关，影响叶绿体的发育(Yue et al.,2010)。NADH-谷氨酸合酶基因、脂氧合酶基因和叶绿体或者叶绿体类囊体的发育形成有关(Chen et al.,2017)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CRISPR/Cas9介导靶向敲除水稻过氧化氢酶基因OsCAT[J]. 曾嘉丽,欧阳林娟,刘家林,贺浩华,朱昌兰,彭小松,贺晓鹏,傅军如,陈小荣,边建民,徐杰,孙晓棠,周大虎,胡丽芳. 分子植物育种. 2018(12)
[2]水稻抗非生物逆境功能基因的发掘[J]. 王胜昌,涂海甫,胡丹,吴奈,岑祥,熊立仲. 生命科学. 2016(10)
本文编号：3321414
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
差异表达基因的GO分类
下调表达最大基因(表3)Os06g0625400(SPP)与叶绿体的发生和组装、叶发育、根发育有关，它参与细胞结构中的叶绿体的前体的形成(江芳等,2016,植物生理学报,52(8):1214-1222)。NYC1是叶绿素b还原酶基因，在转基因植株中表达下调，该基因主要与叶片衰老过程中光捕获复合体Ⅱ(Light-harvesting protein complexⅡ,LHCII)和叶绿体基粒的降解密切相关(Shen et al.,2019)。推测OsCAT3可能调节光合作用网络来影响水稻生长发育，这可能是导致阳性转基因苗OsCAT3转基因水稻植株呈现叶片干枯、有白斑、呈明显的病叶状的主要原因。对差异基因进行GO term分类分析，差异表达基因的分布范围广泛，除了参与细胞膜与质膜的组成还参与物质运输、信息传递，在生物过程分类中，共存在9个基因与植物抗毒素有关。植物毒素是植物受到生物或者非生物因子的侵害时体内合成并积累的一类低分子物质，可以抵御病害的感染。对马铃薯进行过氧化氢处理发现诱导了植物抗毒素的产生。推测OsACT3敲除导致过氧化氢的积累，诱导了植物抗毒素的合成。
在上调差异表达前10的基因中(表2),5个基因Os03g0245800(FC=1 122.57)、Os04g0107900(FC=1 046.06)、Os03g0267000(FC=414.29)、Os03g0745000(FC=353.95)和Os04g0445100(FC=916.65)均属于热激蛋白Hsps基因家族，该基因家族受热胁迫时会诱导合成一类热应激蛋白，保护细胞免受进一步的损害。Zou等(2009)用RT-PCR分析水稻中的9个热激蛋白的表达模式，其结果表明这9个OsHSP基因在植物的发育和生物胁迫中有重要作用(Ruibal et al.,2013)。推测OsCAT3可能通过调控OsHSP基因的表达来提高转基因水稻OsCAT3crispr的抗热胁迫能力。其余5个基因分别编码DnaK家族蛋白质、谷胱甘肽硫转移酶、谷胱甘肽硫转移酶GSTU6及两个未知蛋白。下调表达前10的基因包括(表3)：水稻基质加工肽酶基因Os06g0625400(差异倍数FC=-83.33)；植物特异性结构域TIGR01589家族蛋白Os05g0462000(FC=-80.00);2个蛋白酶抑制剂/种子贮藏/LTP家族蛋白前体Os03g0718800(FC=-56.50)、Os03g0718800(FC=-34.97);2个锌指家族蛋白Os06g0141200(FC=-44.44)、Os06g0141200(FC=-34.97)；金属硫蛋白基因Os05g0111300(FC=-37.31);NADH-谷氨酸合酶基因Os05g0555600(FC=-36.50)；脂氧合酶基因Os02g-0194700(FC=-34.72)。差异倍数最大的基因编码水稻基质加工肽酶，该基因参与植物光合作用机制，与叶绿体的生物发生和组装有关，影响叶绿体的发育(Yue et al.,2010)。NADH-谷氨酸合酶基因、脂氧合酶基因和叶绿体或者叶绿体类囊体的发育形成有关(Chen et al.,2017)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CRISPR/Cas9介导靶向敲除水稻过氧化氢酶基因OsCAT[J]. 曾嘉丽,欧阳林娟,刘家林,贺浩华,朱昌兰,彭小松,贺晓鹏,傅军如,陈小荣,边建民,徐杰,孙晓棠,周大虎,胡丽芳. 分子植物育种. 2018(12)
[2]水稻抗非生物逆境功能基因的发掘[J]. 王胜昌,涂海甫,胡丹,吴奈,岑祥,熊立仲. 生命科学. 2016(10)
本文编号：3321414
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3321414.html
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