臭氧胁迫诱导的水稻转录组变化的研究

发布时间：2020-07-03 10:24

【摘要】：臭氧(O_3),是一种危害性很大的温室气体。其进入植物体内后会转变成活性氧自由基导致细胞程序性的死亡,对植物造成伤害,并且会导致水稻等粮食作物产量降低。臭氧诱导的植物体内分子应答机制尚不明确,近年来由于生物信息学的快速发展,越来越多的人采用反向遗传学对胁迫响应机制进行研究。水稻生长期与大气中臭氧浓度的峰值期重叠,因此在水稻中探寻植物响应臭氧的分子机制比较具有代表性。之前我们的研究表明不同浓度臭氧对水稻造成的伤害不同,为了进一步了解水稻响应不同浓度臭氧的分子机制,本研究以水稻品种日本晴(Oryza Sativa)为材料,运用开顶箱(OTC)的方法模拟臭氧胁迫条件,对80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度下水稻转录组进行研究。研究发现:1.在80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)臭氧处理后的水稻叶片中分别得到1435,3777和4463个差异表达基因。2.在处理过程中160nmol·mol~(-1-)和200nmol·mol~(-1)基因表达模式聚为一类,80nmol·mol~(-1)聚为另一类,表明在处理过程中80nmol·mol~(-1)浓度下的水稻受到胁迫的程度与基因表达的变化都与160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)不同。3.在10d时,80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)分别有147,1450和1799个差异表达基因,在15d时,80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和20nmol·mol~(-1)分别有50,1587和2100个差异表达基因,在20d时,80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)分别有1261,1592和1633个差异表达基因,表明在相同天数下臭氧浓度越高响应的DEGs数量越多。4.在处理过程中,80nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度下的差异基因分别显著富集在22,41和53个功能分类上,响应刺激,催化活性,氧结合,细胞壁等功能分类中的基因显著上调,光合作用,类囊体等功能分类中的基因显著下调,80nmol·mol~(-1)浓度臭氧在20d时显著富集在光合作用,响应刺激,细胞壁等分类上,60nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度臭氧在10d,15d和20d时都显著富集在光合作用,响应刺激,细胞壁等功能分类上。5.80nmol·mol~(-1)浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了6,4和8个MYB转录因子和2,1和9个WRKY转录因子;160nmol·mol~(-1)浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了17,14和9个MYB转录因子和8,13和9个WRKY转录因子;200nmol·mol~(-1)浓度的臭氧在10d,15d和20d时分别调控了16,11和8个MYB转录因子和9,8和7个WRKY转录因子。在相同处理天数中不同浓度臭氧调控的转录因子有所不同,随着处理时间的增加转录因子家族中的基因被不同程度的调节。6.80nmol·mol~(-1)浓度下的DEGs在10d,15d和20d时分别显著富集在2,0和13个代谢通路上;160nmol·mol~(-1)浓度下的DEGs在10d,15d和20d时分别显著富集在17,21和11个代谢通路上;200nmol·mol~(-1)在10d,15d和20d时分别富集在22,36和9个代谢通路上。糖酵解等代谢通路在处理10d时被激活,光合作用等代谢通路在处理10d时被抑制,谷胱甘肽代谢,植物病原体相互作用等通路在处理15d时被激活,80nmol·mol~(-1)浓度臭氧在20d时显著富集在光合作用,糖酵解/糖异生等通路上,60nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度臭氧在10d,15d和20d时都显著富集在光合作用,糖酵解/糖异生等通路上。基于RNA-Seq数据和之前的研究,我们发现80 nmol·mol~(-1),160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度的臭氧在处理过程中对水稻影响的机制不同,80 nmol·mol~(-1)浓度臭氧在处理后期对水稻造成伤害,160nmol·mol~(-1)和200nmol·mol~(-1)浓度的臭氧在处理前期对水稻造成伤害,为之后水稻响应不同浓度臭氧的研究提供了理论依据和参考。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511;Q943.2
【图文】：

图 3-1 Aglient2100 电泳图 10d，15d 和 20d 分别代表臭氧处理时间：10 天，15 天和 20 天； 200 分别代表臭氧处理浓度：空气浓度，80nmol·mol-1，160l-1数据及转录组拼接结果分析Illumina 转录组测序，12 个样品分别得到了 25741790，20988202，23070138，19056616，22736878，41563970，23880346，26709692 条原始序列数据（Raw Reads）（表量的 reads 之后我们分别得到了 24114937，21953722，21591621，17997824，21276073，39156436，16528623，24655993 高质量的过滤后序列数据（Clean Reads），GC表明这 12 个样品的测序结果质量良好可用于后续分析。使用基因组序列已知的栽培水稻日本晴基因组作为参考

处理后差异表达的基因进行筛选。使用HTSeq-count软件对tophat生成的比对结果进行表达量的统计，并通过edgeR对样本中差异表达基因（Differential expressedgenes，DEGs）进行筛选，结果见图3-2。结果发现在臭氧处理过程中，80nmol·mol-1，160nmol·mol-1和200nmol·mol-1臭氧浓度处理的水稻发生表达的基因分别有18913，19147和18855个，其中发生差异表达的基因分别有1435，3777和4463个。为了验证筛选出的差异表达基因是否合理，我们选取了14个内参基因在DEGs的结果中进行查找。结果发现在80nmol·mol-1和160nmol·mol-1浓度下分别有1个内参基因（LOC_Os11g14220和LOC_Os06g43650）被鉴定为差异表达基因，在200nmol·mol-1下有3个内参基因（LOC_Os06g43650

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 列淦文;薛立;;臭氧与其他环境因子对植物的交互作用[J];生态学杂志;2014年06期

2 李小白;向林;罗洁;胡标林;田胜平;谢鸣;孙崇波;;转录组测序(RNA-seq)策略及其数据在分子标记开发上的应用[J];中国细胞生物学学报;2013年05期

3 刘红亮;郑丽明;刘青青;权富生;张涌;;非模式生物转录组研究[J];遗传;2013年08期

4 刘翔;左开井;张飞;许洁婷;黎颖;赵凌侠;唐克轩;;MYB类转录因子在植物腺毛发育中的作用研究进展[J];上海交通大学学报(农业科学版);2010年02期

5 杨连新;王余龙;石广跃;王云霞;朱建国;Kazuhiko Kobayashi;赖上坤;;近地层高臭氧浓度对水稻生长发育影响研究进展[J];应用生态学报;2008年04期

本文编号：2739539