高频雌不育水稻胚珠基因表达调控及败育机制研究
发布时间:2022-12-24 09:07
水稻是重要的粮食作物和单子叶模式植物,雌配子体育性直接影响着水稻的产量,然而目前我们对水稻雌性不育机制知之甚少,因此探究水稻雌不育机制具有重大的理论意义和应用价值。本研究中,我们从全基因组水平对高频雌不育突变体fsv1和野生型水稻桂99不同发育时期胚珠中的甲基化、pre-mRNA可变剪接模式和lncRNA表达特征进行了比较分析,以期为阐明水稻雌配子体育性机制提供线索。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,在植物生长发育过程中动态调节基因表达。在本研究中,我们使用全基因组重亚硫酸盐测序(WGBS)手段分析比较了高频雌不育水稻品系fsv1和野生型水稻品种桂99从大孢子母细胞减数分裂开始直到成熟的雌配子体时期的胚珠的全基因组甲基化模式。结果显示,与桂99相较,fsv1胚珠全基因甲基化水平更低。我们将基因组划分为不同的元件,并计算两个水稻品系胚珠中每个基因组元件的甲基化率,以甲基化率差异倍数≥2且FDR≤0.001为阈值共筛选到2348个差异甲基化基因(DMGs)和3471个差异甲基化区域(DMRs)。将这些差异甲基化基因进行GO功能注释分析、KEGG和MapMan代谢通路分析、我们观察到差异...
【文章页数】:136 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第1章 文献综述
1.1 被子植物雌性发育过程研究
1.1.1 胚珠形成过程
1.1.2 胚囊发育过程
1.1.3 胚珠孢子体组织和胚囊之间存在交流
1.1.4 雌性不育的鉴定和分类
1.2 被子植物雌性育性分子机理研究进展
1.2.1 胚珠发育相关基因
1.2.2 胚囊发育相关基因
1.2.3 水稻雌性不育分子机理研究进展
1.3 植物中pre-mRNA可变剪接研究进展
1.3.1 pre-mRNA可变剪接机制
1.3.2 pre-mRNA可变剪接在植物生长发育中的作用
1.3.3 pre-mRNA可变剪接研究方法
1.4 植物表观遗传调控研究进展
1.4.1 植物DNA甲基化研究进展
1.4.2 植物组蛋白修饰研究进展
1.4.3 植物基因组印记研究进展
1.4.4 植物非编码RNA研究进展
1.5 本研究的目的和意义
第2章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程的全基因组甲基化分析
2.1 材料与方法
2.1.1 fsv1 和桂99 水稻材料花器官形态观察
2.1.2 植物基因组DNA的提取
2.1.3 DNA文库构建和全基因组甲基化测序
2.1.4 测序数据与参考基因组比对以及基因组元件的鉴定
2.1.5 差异甲基化区域的鉴定和差异甲基化基因的筛选
2.1.6 差异甲基化基因功能注释分析
2.1.7 重亚硫酸盐测序PCR
2.2 结果与分析
2.2.1 fsv1 和桂99 水稻材料花器官形态观察
2.2.2 测序质量评估
2.2.3 fsv1 和桂99 胚珠的基因组DNA甲基化模式分析
2.2.4 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化区域的表征分析
2.2.5 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化基因的特征分析
2.2.6 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化基因的功能注释分析
2.2.7 fsv1 和桂99 胚珠差异甲基化的转录因子基因分析
2.2.8 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化的植物激素相关基因分析
2.2.9 胚珠中miRNA基因启动子甲基化模式分析
2.2.10 重亚硫酸盐测序PCR验证
2.3 讨论
2.3.1 胚珠和雌配子体发育相关基因的异常甲基化可能导致雌配子体败育.
2.3.2 差异甲基化的转录因子基因和植物激素基因可能参与了雌配子体败育过程
2.3.3 miRNA基因启动子异常甲基化通过影响miRNA表达参与雌配子体败育
第3章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程中pre-mRNA可变剪接分析
3.1 材料与方法
3.1.1 水稻材料
3.1.2 总RNA提取
3.1.3 链特异性RNA-seq文库构建和测序
3.1.4 基因组比对和基因表达分析
3.1.5 水稻内剪接事件的规律分析
3.1.6 差异表达基因和差异剪接基因的分析
3.2 结果与分析
3.2.1 测序结果与参考基因组比对
3.2.2 fsv1 和桂99 胚珠中基因表达情况统计
3.2.3 fsv1 和桂99 胚珠中pre-mRNA可变剪接事件分析
3.2.4 fsv1 和桂99 胚珠中差异表达基因和差异剪接基因分析
3.2.5 fsv1 和桂99 胚珠中差异剪接基因的功能注释分析
3.2.6 fsv1 和桂99 胚珠中发生差异剪接的转录因子基因分析
3.3 讨论
3.3.1 可变剪接事件的发生具有物种和组织特异性
3.3.2 胚珠和雌配子体发育相关基因pre-mRNA可变剪接模式的变化可能导致雌配子体败育
3.3.3 生长素和转录因子相关基因的pre-mRNA可变剪接事件可能与雌配子体败育相关
第4章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程的lncRNA表达调控研究
4.1 材料和方法
4.1.1 水稻材料
4.1.2 总RNA的提取和检测
4.1.3 链特异性RNA-seq文库构建和测序
4.1.4 测序数据比对到参考基因组以及lncRNA的鉴定
4.1.5 差异表达lncRNA的筛选
4.1.6 lncRNA靶基因预测及功能注释分析
4.1.7 lncRNA作为miRNA前体的预测
4.1.8 lncRNA、miRNA和 mRNA网络互作分析
4.1.9 实时荧光定量RT-PCR
4.2 结果与分析
4.2.1 测序数据总体分析
4.2.2 胚珠中lncRNA的鉴定及定量分析
4.2.3 胚珠中lncRNA的表达模式分析
4.2.4 胚珠不同发育时期lncRNA的差异表达分析
4.2.5 胚珠中lncRNA相关靶基因预测及功能注释分析
4.2.6 lncRNA作为miRNA的前体
4.2.7 lncRNA作为诱饵分子和mRNA竞争结合miRNA分析
4.2.8 实时荧光定量RT-PCR分析
4.3 讨论
4.3.1 lncRNA通过调控胚珠和雌配子体发育相关基因来影响胚珠和雌配子体发育
4.3.2 lncRNA可能通过调节miRNA表达来影响胚珠和雌配子体发育相关基因而导致败育
4.3.3 lncRNA作为诱饵分子与mRNA竞争结合miRNA从而影响胚珠与雌配子体的发育
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表及投稿论文
致谢
本文编号:3725916
【文章页数】:136 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第1章 文献综述
1.1 被子植物雌性发育过程研究
1.1.1 胚珠形成过程
1.1.2 胚囊发育过程
1.1.3 胚珠孢子体组织和胚囊之间存在交流
1.1.4 雌性不育的鉴定和分类
1.2 被子植物雌性育性分子机理研究进展
1.2.1 胚珠发育相关基因
1.2.2 胚囊发育相关基因
1.2.3 水稻雌性不育分子机理研究进展
1.3 植物中pre-mRNA可变剪接研究进展
1.3.1 pre-mRNA可变剪接机制
1.3.2 pre-mRNA可变剪接在植物生长发育中的作用
1.3.3 pre-mRNA可变剪接研究方法
1.4 植物表观遗传调控研究进展
1.4.1 植物DNA甲基化研究进展
1.4.2 植物组蛋白修饰研究进展
1.4.3 植物基因组印记研究进展
1.4.4 植物非编码RNA研究进展
1.5 本研究的目的和意义
第2章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程的全基因组甲基化分析
2.1 材料与方法
2.1.1 fsv1 和桂99 水稻材料花器官形态观察
2.1.2 植物基因组DNA的提取
2.1.3 DNA文库构建和全基因组甲基化测序
2.1.4 测序数据与参考基因组比对以及基因组元件的鉴定
2.1.5 差异甲基化区域的鉴定和差异甲基化基因的筛选
2.1.6 差异甲基化基因功能注释分析
2.1.7 重亚硫酸盐测序PCR
2.2 结果与分析
2.2.1 fsv1 和桂99 水稻材料花器官形态观察
2.2.2 测序质量评估
2.2.3 fsv1 和桂99 胚珠的基因组DNA甲基化模式分析
2.2.4 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化区域的表征分析
2.2.5 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化基因的特征分析
2.2.6 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化基因的功能注释分析
2.2.7 fsv1 和桂99 胚珠差异甲基化的转录因子基因分析
2.2.8 fsv1 和桂99 胚珠中差异甲基化的植物激素相关基因分析
2.2.9 胚珠中miRNA基因启动子甲基化模式分析
2.2.10 重亚硫酸盐测序PCR验证
2.3 讨论
2.3.1 胚珠和雌配子体发育相关基因的异常甲基化可能导致雌配子体败育.
2.3.2 差异甲基化的转录因子基因和植物激素基因可能参与了雌配子体败育过程
2.3.3 miRNA基因启动子异常甲基化通过影响miRNA表达参与雌配子体败育
第3章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程中pre-mRNA可变剪接分析
3.1 材料与方法
3.1.1 水稻材料
3.1.2 总RNA提取
3.1.3 链特异性RNA-seq文库构建和测序
3.1.4 基因组比对和基因表达分析
3.1.5 水稻内剪接事件的规律分析
3.1.6 差异表达基因和差异剪接基因的分析
3.2 结果与分析
3.2.1 测序结果与参考基因组比对
3.2.2 fsv1 和桂99 胚珠中基因表达情况统计
3.2.3 fsv1 和桂99 胚珠中pre-mRNA可变剪接事件分析
3.2.4 fsv1 和桂99 胚珠中差异表达基因和差异剪接基因分析
3.2.5 fsv1 和桂99 胚珠中差异剪接基因的功能注释分析
3.2.6 fsv1 和桂99 胚珠中发生差异剪接的转录因子基因分析
3.3 讨论
3.3.1 可变剪接事件的发生具有物种和组织特异性
3.3.2 胚珠和雌配子体发育相关基因pre-mRNA可变剪接模式的变化可能导致雌配子体败育
3.3.3 生长素和转录因子相关基因的pre-mRNA可变剪接事件可能与雌配子体败育相关
第4章 雌不育水稻fsv1 胚珠发育过程的lncRNA表达调控研究
4.1 材料和方法
4.1.1 水稻材料
4.1.2 总RNA的提取和检测
4.1.3 链特异性RNA-seq文库构建和测序
4.1.4 测序数据比对到参考基因组以及lncRNA的鉴定
4.1.5 差异表达lncRNA的筛选
4.1.6 lncRNA靶基因预测及功能注释分析
4.1.7 lncRNA作为miRNA前体的预测
4.1.8 lncRNA、miRNA和 mRNA网络互作分析
4.1.9 实时荧光定量RT-PCR
4.2 结果与分析
4.2.1 测序数据总体分析
4.2.2 胚珠中lncRNA的鉴定及定量分析
4.2.3 胚珠中lncRNA的表达模式分析
4.2.4 胚珠不同发育时期lncRNA的差异表达分析
4.2.5 胚珠中lncRNA相关靶基因预测及功能注释分析
4.2.6 lncRNA作为miRNA的前体
4.2.7 lncRNA作为诱饵分子和mRNA竞争结合miRNA分析
4.2.8 实时荧光定量RT-PCR分析
4.3 讨论
4.3.1 lncRNA通过调控胚珠和雌配子体发育相关基因来影响胚珠和雌配子体发育
4.3.2 lncRNA可能通过调节miRNA表达来影响胚珠和雌配子体发育相关基因而导致败育
4.3.3 lncRNA作为诱饵分子与mRNA竞争结合miRNA从而影响胚珠与雌配子体的发育
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表及投稿论文
致谢
本文编号:3725916
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3725916.html
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