稻谷耐储性能的转录组学分析

发布时间：2020-07-22 23:01

【摘要】：稻谷是我国的主要粮食作物之一,稻谷储藏则是人类粮食安全的重要组成部分。然而稻谷在储藏过程中容易陈化,导致其加工和食用品质下降,严重影响粮食的安全性。影响储粮品质的因素有储藏环境和稻谷本身遗传基因。环境因素主要指粮食收获时的干燥运输条件,粮库温度,湿度,鼠害,虫害,以及微生物繁殖尤其霉菌产生的毒素。对于粮食本身耐储性能尤其储粮基因研究不多,只有少数与储藏相关的基因被发现和克隆,如脂肪氧化酶基因(LOX)和蛋白质修复酶PIMT等。然而,从转录组学、蛋白组学、代谢组学等大数据层面对稻谷储藏机制进行分析更是鲜有报道。因此,本研究的目的就是通过转录组学寻找稻谷耐储藏基因,并建立这些基因的相互作用网络,为进一步阐明这些基因的功能和未来培育耐储藏稻谷提供理论依据。本研究的主要方法是通过人工老化试验,以老化后导致种子发芽率降低一半所需老化时间(P50)为标准,筛选相对耐储藏和不耐储藏的品种,然后对这些品种进行转录组学分析并通过实验验证个别基因的功能。主要研究结果如下:(1)从14个水稻品种筛选出2个耐储藏品种浓香32和隆两优534,它们的P50分别为21.6和25.5天;2个不耐储藏品种玉针香和晶两优1212,它们的P50分别为13.6和14.5天。(2)对于挑选出的四个品种,选取人工老化0天和15天的稻谷送往公司进行转录组学分析,筛选出了一批与储藏相关的备选基因,其中与耐储有关的基因有602个,与陈化有关的基因有40个。(3)鉴于已有报道发现PIMT能通过修复损伤的蛋白延长种子的储藏性能,同时为了验证转录组的结果,本研究选取水稻PIMT1基因为对象,从水稻种子总RNA中克隆PIMT1,并成功将其克隆到蛋白表达质粒pTriEX-4,构建重组质粒pTriEX-4/PIMT1并在大肠杆菌BL21(DE3)中进行了诱导表达,发现PIMT1主要表达为不可溶性蛋白。通过对PIMT1表达成功的大肠杆菌进行抗热胁迫能力实验的测试,发现PIMT1蛋白的积累降低了大肠杆菌的抗热能力,说明不溶性重组蛋白干扰了大肠杆菌生长。以上初步结果表明耐储性能好的和不耐储的稻谷在经过人工老化实验后基因表达有显著差异,经过初步筛选,得到了 602个与储藏相关的基因,40个与陈化相关的基因。对这些基因的功能验证和机制研究将大大提升我们对稻谷储藏分子机制的了解,促进未来稻谷储藏的技术进步,助力粮食安全。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511
【图文】：

研究进展,天冬氨酰,残基

酰胺酰残基能自发的脱去一个水分子或氨分子从而形成不稳定的玻珀酰亚胺基逡逑环（Ｌ－ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ），随后，７０－８５％的琥ｉｆｉ酰亚胺基环上的^~基能自发的发生水逡逑解反应而形成异天冬氨酰残基（图１．１）邋［９５］。ＩｓｏＡｓｐ的形成会在肽骨架中引进一逡逑个扭结，而这种扭结对于蛋白质的折叠和活性通常是不利的［９６］，甚至会使其相应逡逑蛋白质功能受到千扰，最终导致细胞内稳态的破坏。逡逑ＰＩＭＴ是一类分布广泛的，高度保守的，与蛋白质修复功能有关的酶，它能逡逑识别蛋白质或多肽中的异天冬氨酰残基，并且催化甲基从ｓ－蛋氨酸腺苷转移到异逡逑常的Ｌ－异天冬氨酰残基的游离ａ－羧基处（及Ｄ－异天冬氨酰残基的ｐ－羧基）。然逡逑后通过接下来一系列自发反应，异常的异天冬氨酰残基最终将会被逆转成正常的逡逑Ｌ－天冬氨酰残基。ＩｓｏＡｓｐ的形成是蛋白质在生理条件下产生自发性共价损伤的主逡逑要来源，因此，可以推测，ＰＩＭＴ对于含有ＩｓｏＡｓｐ蛋白质的修复在机体内起重要逡逑作用。逡逑当机体面对一些生物胁迫时，ＰＩＭＴ在提升机体耐储性及维持机体生命活力逡逑时所发挥的生物功能

曲线,电导率,人工老化,稻谷

损伤的能力相关性等的测定ｍ火并且己有一些研究表明电导率与种子的陈化程逡逑度成正比，并且用电导率来作为判断种子活力强弱的一项指标。逡逑由图２．５可知，稻谷随着老化时间的延长，四个品种的电导率都越来越大，逡逑并且Ｐ５Ｑ低的品种，起始电导率比Ｐ５０尚的品种局。如Ｐ５Ｑ最局的品种隆两优５３４，逡逑其电导率在稻谷老化至３０天时仍低于２００＾ｉＳ／ｃｍ，而晶两优１２１２未老化时的电导率逡逑就高于２０（ＨｉＳ／ｃｍ。并且随着老化时间的延长，相对不耐储品种晶两优１２１２和玉针逡逑香电导率曲线都位于耐储品种隆两优５３４和浓香３２的上方。逡逑３００．０逡逑３逦／逦＾逦玉针香逡逑１２２0－°逦ｙ邋＾逡逑＾邋１８０．０逦逦降两优邋５３４逡逑￥逦—品两优邋１２１２逡逑＾邋１４０．０逦＾逦－逡逑１００．０逡逑０逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逡逑老化天数（（１）逡逑图２．５．稻谷人工老化不同时间后的电导率逡逑Ｆｉｇ．２．５．邋Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ邋ｏｆ邋ｒｉｃｅ邋ｓｅｅｄｓ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ａｇｉｎｇ邋ｔｉｍｅ邋ｐｏｉｎｔｓ逡逑２．４．３稻谷ｐ５０与电导率相关性分析逡逑李永刚等研究发现烟草种子电导率与发芽率种子间的相关性很高，烟草种子逡逑浸出液的电导率与其发芽率呈明显的一次线性负相关，电导率越高，种子发芽率逡逑越低［１１２］。周显青等研宄了储藏期间稻谷品质指标的变化，发现电导率能够反映逡逑籼稻在新鲜程度上存在的差异［１１３］。这都说明电导率对于判断种子活力是一个比逡逑较重要的指标，然而Ｐ５0与电导率的相关性分析还尚未有研究报导。逡逑２０逡逑

稻谷,电导率,相关性

１０．０逦１５．０逦２０．０逦２５．０逦３０．０逡逑Ｐ５０邋（ｄ）逡逑图２．７．老化２５天后稻谷电导率与Ｐ５ｆｌ相关性逡逑Ｆｉｇ．２．７．邋Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｅｅｄ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ邋ａｆｔｅｒ邋Ａｇｉｎｇ邋ｆｏｒ邋２５邋ｄａｙｓ邋ａｎｄ邋Ｐ５０．逡逑对未老化和老化２５天的稻谷的电导率和Ｐ５Ｇ进行相关性分析后发现未老化稻逡逑谷的电导率和Ｐ５？的相关性只有０．４６７９邋（图２．６），相关性非常低。而老化２５天稻谷逡逑的电导率和Ｐ５Ｑ的相关性达到了０．８９９５邋（图２．７），相关性很高。这说明用电导率来逡逑衡量稻谷活力的高低具有不稳定性，也反映了用电导率判断稻谷活力高低可能需逡逑要对稻谷进行人工老化之后才相对准确。同时也强调了建立一种无需老化即可判逡逑断种子活力的方法的重要性。逡逑２．５本章总结逡逑（１）在相同的人工老化时间下，品种间的发芽率差异性很大。主要根据每个品逡逑种的Ｐ５0值及结合课题组测定的脂肪酸值，感官评分等指标。最后筛选出了隆两逡逑２１逡逑

【参考文献】