低磷胁迫下玉米叶片生理及膜脂代谢调控模式研究

发布时间：2020-04-07 08:13

【摘要】：磷是玉米生长发育十分重要的大量营养元素之一,土壤磷含量过低会严重影响玉米产量。同时,磷是生物膜脂的重要组成成分,磷的缺乏会影响膜脂组成及其功能。本研究以玉米品种合344为试验材料,通过高通量转录组测序和脂质组检测技术,解析玉米叶片在低磷(-P:5μM KH_2PO_4;+P:1000μM KH_2PO_4)胁迫条件下其脂类代谢的调控和磷响应基因的差异表达情况,挖掘在磷胁迫下响应相关脂类代谢途径的及生理表型变化的关键基因。本研究主要结果如下:通过Blast软件将COG、GO、KEGG、Swiss-Prot、NR五个数据库中的蛋白以及核酸序列与磷胁迫下玉米叶片测序得到的基因分别进行比对。差异基因GO分类中,三个时间点处理分别注释到42个、44个和44个组中。差异基因KEGG分类中,三个时间点的差异表达基因分别被注释到75个,73个和57个代谢通路中。差异基因COG分类中的在三个时间点中,“仅通用功能预测”(General function prediction only)的差异表达基因数目占比最多,1d数目为34条,3d数目为39条,7d数目为41条。将3个对比组中表达量(Fold Change)变化幅度1以上(Log2FC≥1)上调和下调的基因与转录因子数据库进行比对、注释。分别发现20个、24个以及15个转录因子家族。在与叶绿素相关的磷胁迫差异表达基因当中,直接参与叶绿素合成相关的差异表达基因多数呈下调表达,降解过程的相关基因多数呈上调表达。与光合系统相关的差异表达基因均为下调表达,其中PSBY(GRMZM2G134130)基因下调最为显著。与SOD和POD相关的差异表达基因均呈上调表达,且-P(5μM KH_2PO_4)处理下的玉米叶片的SOD,POD活性均不同程度的高于+P(1000μM KH_2PO_4)处理。膜脂过氧化基因LOX3,LOX6和LOX10的表达在-P处理下也有明显上调。-P处理玉米叶片的MDA含量无论在哪个时间点均高于+P处理。本研究共检测到PC、PE、PA、PI、PS和PG等六种磷脂,MGDG和DGDG两种半乳糖脂以及一种硫脂(SQDG)还有三种溶血磷脂(LPG、LPC和LPA)。玉米叶片中半乳糖脂MGDG和DGDG的比例最高。并且在低磷胁迫胁迫下MGDG,DGDG及SQDG在叶片中所占的摩尔百分比显著升高,而PS等磷脂的含量显著降低;玉米和拟南芥及其他植物物种的MGD、DGD和SQD聚集成两个亚组,标记为Type A和Type B。在磷胁迫下,玉米和拟南芥中叶片和根组织中的Type B MGD基因的表达均显著升高,与Type A SQD相比,玉米和拟南芥Type B SQD基因的表达在叶和根组织中都被显著诱导。而ZmMGD和ZmDGD基因的表达受温度胁迫的影响显著,尤其是Type A ZmMGDs,而Type B ZmSQD对温度和盐胁迫更敏感。
【图文】：

对比图,密度分布,对比图,差异表达基因

图 3-1 各样品 FPKM 密度分布对比图图 3-2 两样品间的表达量相关性热图Fig. 3-1 Comparison for each sample Fig. 3-2 Correlation heat maps for twoFPKM density contrast samples expression差异表达基因分析了了解磷胁迫下玉米叶片差异表达基因表达情况，我们对 3 个时间点的-P 处理与行差异基因火山图分析，如图 3-3 所示，，红色圆点与绿色圆点分别代表上调差异与下调差异表达基因，并且差异表达的基因倍数均在 2 倍以上（Log2FC>2），黑基因代表在磷胁迫处理下表达量无显著差异。

热图,相关性,差异表达基因,磷胁迫

图 3-1 各样品 FPKM 密度分布对比图图 3-2 两样品间的表达量相关性热图Fig. 3-1 Comparison for each sample Fig. 3-2 Correlation heat maps for twoFPKM density contrast samples expression差异表达基因分析了了解磷胁迫下玉米叶片差异表达基因表达情况，我们对 3 个时间点的-P 处理与行差异基因火山图分析，如图 3-3 所示，红色圆点与绿色圆点分别代表上调差异与下调差异表达基因，并且差异表达的基因倍数均在 2 倍以上（Log2FC>2），黑基因代表在磷胁迫处理下表达量无显著差异。
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513

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