枣冷冻胁迫转录组分析及相关基因的功能研究
发布时间：2022-01-11 21:50
近年来,极端天气频发使得枣产业发展受到限制,尤以低温寒害较为严重。人们围绕枣树抗寒性开展了大量研究,然而这些研究多数集中在枣品种的生理、生化代谢上,对于基因表达差异及分子机制知之甚少。本研究利用‘冬枣’和‘金丝小枣’冷冻胁迫的转录组数据分析差异表达基因,在全基因组水平上发掘枣冷冻胁迫响应的成员,并以拟南芥和酸枣为试材研究ZjDREB1和ZjSOD1的功能。主要研究结果如下:（1）通过‘冬枣’和‘金丝小枣’不同冷冻胁迫的转录组对比分析,得到多个显著差异表达基因,854个基因共同作用于不同程度的冷冻胁迫中;进一步对差异基因进行GO和KEGG富集分析,发现其在细胞代谢过程、刺激反应、转录活性等重要功能的代谢通路显著富集。其中,9个差异基因参与到钙离子信号途径,32个基因在糖代谢途径中差异变化,这可能是品种间具有不同抗冻性的原因。（2）基于生物信息学研究,在‘冬枣’全基因组中鉴定到56个ZjWRKY家族成员,118个ZjAP2/ERF家族成员,55个ZjNAC家族成员,26个Zjb ZIP家族成员和7个ZjSOD家族成员。利用转录组数据和q RT-PCR技术对基因时空表达及冷胁迫应答分析研究,...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
水稻冷信号感知及响应途径(Guoetal.,2018)
2枣冷冻胁迫的转录组分析152.2.1‘冬枣’和‘金丝小枣’转录组比较分析2.2.1.1差异基因分析对比分析可知，‘冬枣’和‘金丝小枣’共鉴定出个3655个差异基因。-10℃条件下共鉴定出2030个差异基因，其中979个上调基因，1051个下调基因；-20℃的处理下，差异表达的基因一共鉴定到1993个，上调基因为949个，下调基因为1044个；-30℃时，两个品种共鉴定出1845个差异基因，923个上调基因和922个下调基因；当处理温度为-40℃时，检测到最多差异基因，共有2137个，其中1158个基因发生下调响应，上调基因979个(图2.1)。根据韦恩图可知(图2.2)，不同程度冷冻胁迫中，共有854个差异基因共同呈现显著差异表达，这可能是由于‘冬枣’和‘金丝小枣’在受到冷冻胁迫时一些基因参与到同一通路。其中，值得注意的是在枣受到冷冻强度-40℃时，600个基因呈现显著差异，数量明显高于其他温度，这也许是植物在较低温度下启动了更多基因的表达而进行的自我保护。图2.1相同条件下‘冬枣’和‘金丝小枣’的差异基因注：DZCK，‘冬枣’4℃处理；DZA，‘冬枣’-10℃处理；DZB，‘冬枣’-20℃处理；DZC，‘冬枣’-30℃处理；DZD，‘冬枣’-40℃处理；JSCK，‘金丝小枣’4℃处理；JSA，‘金丝小枣’-10℃处理；JSB，‘金丝小枣’-20℃处理；JSC，‘金丝小枣’-30℃处理；JSD，‘金丝小枣’-40℃处理Figure2.1SignificantDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZCK,‘Dongzao’treatedat4℃;DZA,‘Dongzao’treatedat-10℃;DZB,‘Dongzao’treatedat-20℃;DZC,‘Dongzao’treatedat-30℃;DZD,‘Dongzao’treatedat-40℃;JSCK,‘Jinsixiaozao’treatedat4℃;JSA,‘Jinsixiaozao’treatedat-10℃;JSB,‘Jinsixiaozao’treatedat-20℃;JSC
枣冷冻胁迫转录组分析及相关基因的功能研究16图2.2相同条件下‘冬枣’和‘金丝小枣’的差异基因韦恩图注：DZ，‘冬枣’；JS，‘金丝小枣’；CK，4℃处理；A，-10℃处理；B，-20℃处理；C，-30℃处理；D，-40℃处理Figure2.2VenndiagramsofDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZ,‘Dongzao’;JS,‘Jinsixiaozao’;CK,treatedat4℃;A:treatedat-10℃;B:treatedat-20℃;C:treatedat-30℃;D:treatedat-40℃2.2.1.2差异基因的GO富集分析针对差异基因进行GO富集分析，结果显示(图2.3)，不同程度冷冻胁迫均对‘冬枣’和‘金丝小枣’两个品种代谢过程进行了一定的修饰和改变。虽然冷冻胁迫的程度不同，但差异基因的生物学分类结果却是相似的。五组对比分析表明，生物过程中的‘metabolicprocess’、‘cellularprocess’、‘responsetostimulus’部分富集到较多的差异基因；细胞组分方面：‘cell’、‘cellpart’、‘membrane’；分子功能方面：‘catalyticactivity’、‘binding’、‘transporteractivity’都富集到较多差异基因。这些差异基因中，泛素化蛋白类的基因107405398在-10℃的‘金丝小枣’中显著上调；AP2/ERF家族的成员也呈现显著变化，基因107414104在-10℃时变化显著；基因107432697和107433390在-20℃呈现显著上调；而-30℃中则是107426263和107433390；在-40℃温度下，107414104、107432697和107433390变化显著。‘金丝小枣’中，过氧化物酶类基因107407047、107407421、107413238、107424432均呈现显著上调，而基因107426124则是在-30℃和-40℃中才出现下调的表达模式。这表明参与到冷冻胁迫应答的家族成员是不完全相同的，可能是植物体在应对冷冻胁迫时，一些相同代谢通路中的基因共同行使其功能?
本文编号：3583515
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
水稻冷信号感知及响应途径(Guoetal.,2018)
2枣冷冻胁迫的转录组分析152.2.1‘冬枣’和‘金丝小枣’转录组比较分析2.2.1.1差异基因分析对比分析可知，‘冬枣’和‘金丝小枣’共鉴定出个3655个差异基因。-10℃条件下共鉴定出2030个差异基因，其中979个上调基因，1051个下调基因；-20℃的处理下，差异表达的基因一共鉴定到1993个，上调基因为949个，下调基因为1044个；-30℃时，两个品种共鉴定出1845个差异基因，923个上调基因和922个下调基因；当处理温度为-40℃时，检测到最多差异基因，共有2137个，其中1158个基因发生下调响应，上调基因979个(图2.1)。根据韦恩图可知(图2.2)，不同程度冷冻胁迫中，共有854个差异基因共同呈现显著差异表达，这可能是由于‘冬枣’和‘金丝小枣’在受到冷冻胁迫时一些基因参与到同一通路。其中，值得注意的是在枣受到冷冻强度-40℃时，600个基因呈现显著差异，数量明显高于其他温度，这也许是植物在较低温度下启动了更多基因的表达而进行的自我保护。图2.1相同条件下‘冬枣’和‘金丝小枣’的差异基因注：DZCK，‘冬枣’4℃处理；DZA，‘冬枣’-10℃处理；DZB，‘冬枣’-20℃处理；DZC，‘冬枣’-30℃处理；DZD，‘冬枣’-40℃处理；JSCK，‘金丝小枣’4℃处理；JSA，‘金丝小枣’-10℃处理；JSB，‘金丝小枣’-20℃处理；JSC，‘金丝小枣’-30℃处理；JSD，‘金丝小枣’-40℃处理Figure2.1SignificantDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZCK,‘Dongzao’treatedat4℃;DZA,‘Dongzao’treatedat-10℃;DZB,‘Dongzao’treatedat-20℃;DZC,‘Dongzao’treatedat-30℃;DZD,‘Dongzao’treatedat-40℃;JSCK,‘Jinsixiaozao’treatedat4℃;JSA,‘Jinsixiaozao’treatedat-10℃;JSB,‘Jinsixiaozao’treatedat-20℃;JSC
枣冷冻胁迫转录组分析及相关基因的功能研究16图2.2相同条件下‘冬枣’和‘金丝小枣’的差异基因韦恩图注：DZ，‘冬枣’；JS，‘金丝小枣’；CK，4℃处理；A，-10℃处理；B，-20℃处理；C，-30℃处理；D，-40℃处理Figure2.2VenndiagramsofDEGsunderthesamefreezingstressin‘Dongzao’and‘Jinsixiaozao’Notes:DZ,‘Dongzao’;JS,‘Jinsixiaozao’;CK,treatedat4℃;A:treatedat-10℃;B:treatedat-20℃;C:treatedat-30℃;D:treatedat-40℃2.2.1.2差异基因的GO富集分析针对差异基因进行GO富集分析，结果显示(图2.3)，不同程度冷冻胁迫均对‘冬枣’和‘金丝小枣’两个品种代谢过程进行了一定的修饰和改变。虽然冷冻胁迫的程度不同，但差异基因的生物学分类结果却是相似的。五组对比分析表明，生物过程中的‘metabolicprocess’、‘cellularprocess’、‘responsetostimulus’部分富集到较多的差异基因；细胞组分方面：‘cell’、‘cellpart’、‘membrane’；分子功能方面：‘catalyticactivity’、‘binding’、‘transporteractivity’都富集到较多差异基因。这些差异基因中，泛素化蛋白类的基因107405398在-10℃的‘金丝小枣’中显著上调；AP2/ERF家族的成员也呈现显著变化，基因107414104在-10℃时变化显著；基因107432697和107433390在-20℃呈现显著上调；而-30℃中则是107426263和107433390；在-40℃温度下，107414104、107432697和107433390变化显著。‘金丝小枣’中，过氧化物酶类基因107407047、107407421、107413238、107424432均呈现显著上调，而基因107426124则是在-30℃和-40℃中才出现下调的表达模式。这表明参与到冷冻胁迫应答的家族成员是不完全相同的，可能是植物体在应对冷冻胁迫时，一些相同代谢通路中的基因共同行使其功能?
本文编号：3583515
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