谷子萌发吸水期关键代谢途径的筛选与分析
发布时间：2021-06-27 08:55
【目的】谷子适应性强,抗旱耐瘠,是起源于中国的重要作物。通过转录组测序技术分析谷子萌发不同吸水期的转录组差异,以期获得谷子萌发过程中的差异表达基因,寻找调控谷子萌发的重要代谢途径和代谢物。【方法】以晋谷20为材料,构建谷子萌发过程中开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期的cDNA文库,进行转录组分析;采用K-Means开展基因表达聚类分析;利用DESeq筛选差异表达基因;通过COG、GO、KEGG等对差异表达基因进行功能注释;利用KEGG富集挖掘不同吸水期调控种子萌发的关键代谢途径和关键基因;并采用qRT-PCR验证其可靠性;用HPLC分析关键代谢物含量。【结果】转录物测序分析获得谷子萌发开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期覆盖整个基因组的基因表达谱,共获得33 643个基因,识别9个具有不同表达模式的共表达基因簇。比较种子萌发的开始快速吸水期与滞缓吸水期、滞缓吸水期与重新大量吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期,分别筛选出3 893、4 612和8 472个差异表达基因。KEGG富集分析表明,3个比较的差异表达基因都显著富集到phenylpropanoid biosynt...
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(15)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
差异表达基因火山图
植物生长发育始于种子萌发。种子萌发是植物恢复新的生命周期的一个复杂过程，涉及一系列生长代谢和合成途径，以及分子、生理、生化和形态上的变化，如随着水吸入干种子细胞，呼吸强度明显增高、暂时的膜结构扰动、主要储存物质活化、多聚体的重聚、已形成mRNAs的翻译、新mRNA的合成、细胞膜和DNA的修复等[35-36]。本研究比较谷子种子不同吸水阶段的转录物组差异，发现大量表达差异表达基因COG富集于碳水化合物转运和代谢、转录、复制重组和修复、翻译后修饰、蛋白质转换和伴侣等途径。而GO富集更进一步将其聚焦于萌动种子对周围环境条件的感应，如对寒冷、缺水、缺氧、干枯、氧化压力、karrikin等的反应。并且各个阶段各有所侧重，如PhaseⅠ-PhaseⅡ主要涉及对油菜素内脂的反应、根毛伸长、甾醇生物合成和水转运4个通路；PhaseⅡ-PhaseⅢ主要集中氮的转运、油菜素类固醇生物合成、真菌防御反应、乙酰辅酶A代谢和细胞板形成引起的细胞分裂通路；PhaseⅠ-PhaseⅢ主要与冷反应、植物型细胞壁松弛、油菜素类固醇生物合成、根毛伸长、DNA复制起始。而KEGG富集将3个比较的差异表达基因显著富集于苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢通路。这与许冰霞等[13]分析谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱结果一致，PEG胁迫处理10和18 h的谷子种子差异表达基因参与到苯丙烷生物合成过程。盐胁迫条件下，培养7 d去掉胚根胚芽的豫谷2和安04的萌发种子的KEGG富集分析也发现，上调DEGs主要富集于植物激素信号转导、精氨酸及脯氨酸代谢、淀粉及糖代谢、次生代谢物合成等途径；下调DEGs主要富集在氨基酸合成、甘油磷脂代谢、苯丙烷合成等代谢途径[14]。图7 苯丙烷类相关基因在不同萌发吸水时期的qRT-PCR表达分析
苯丙烷类相关基因在不同萌发吸水时期的qRT-PCR表达分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析[J]. 潘教文,李臻,王庆国,管延安,李小波,戴绍军,丁国华,刘炜. 中国农业科学. 2019(22)
[2]As对谷子萌发、幼苗生长及抗氧化酶系统的影响[J]. 王春梅,闫双堆,卜玉山,刘利军,张乃于. 水土保持学报. 2018(06)
[3]超重力对谷子种子萌发及生理生化特性的影响[J]. 杨净,王宏富,鱼冰星,李智,王钰云. 激光生物学报. 2018(04)
[4]谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析[J]. 许冰霞,尹美强,温银元,裴帅帅,柯贞进,张彬,原向阳. 中国农业科学. 2018(08)
[5]谷子转录因子SiNAC18通过ABA信号途径正向调控干旱条件下的种子萌发[J]. 窦祎凝,秦玉海,闵东红,张小红,王二辉,刁现民,贾冠清,徐兆师,李连城,马有志,陈明. 中国农业科学. 2017(16)
[6]不同品种谷子种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价[J]. 裴帅帅,尹美强,温银元,黄明镜,张彬,郭平毅,王玉国,原向阳. 核农学报. 2014(10)
[7]不同生态区主要育成谷子品种芽期耐旱性鉴定[J]. 秦岭,杨延兵,管延安,张华文,王海莲,刘宾,陈二影. 植物遗传资源学报. 2013(01)
[8]nr数据库分析及其本地化[J]. 邓泱泱,荔建琦,吴松锋,朱云平,陈耀文,贺福初. 计算机工程. 2006(05)
[9]谷子品种抗旱性的苗期快速鉴定[J]. 张锦鹏,王茅雁,白云凤,贾晋平,王国英. 植物遗传资源学报. 2005(01)
硕士论文
[1]谷子耐旱资源筛选及其遗传多样性分析[D]. 朱学海.中国农业科学院 2008
本文编号：3252542
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(15)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
差异表达基因火山图
植物生长发育始于种子萌发。种子萌发是植物恢复新的生命周期的一个复杂过程，涉及一系列生长代谢和合成途径，以及分子、生理、生化和形态上的变化，如随着水吸入干种子细胞，呼吸强度明显增高、暂时的膜结构扰动、主要储存物质活化、多聚体的重聚、已形成mRNAs的翻译、新mRNA的合成、细胞膜和DNA的修复等[35-36]。本研究比较谷子种子不同吸水阶段的转录物组差异，发现大量表达差异表达基因COG富集于碳水化合物转运和代谢、转录、复制重组和修复、翻译后修饰、蛋白质转换和伴侣等途径。而GO富集更进一步将其聚焦于萌动种子对周围环境条件的感应，如对寒冷、缺水、缺氧、干枯、氧化压力、karrikin等的反应。并且各个阶段各有所侧重，如PhaseⅠ-PhaseⅡ主要涉及对油菜素内脂的反应、根毛伸长、甾醇生物合成和水转运4个通路；PhaseⅡ-PhaseⅢ主要集中氮的转运、油菜素类固醇生物合成、真菌防御反应、乙酰辅酶A代谢和细胞板形成引起的细胞分裂通路；PhaseⅠ-PhaseⅢ主要与冷反应、植物型细胞壁松弛、油菜素类固醇生物合成、根毛伸长、DNA复制起始。而KEGG富集将3个比较的差异表达基因显著富集于苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢通路。这与许冰霞等[13]分析谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱结果一致，PEG胁迫处理10和18 h的谷子种子差异表达基因参与到苯丙烷生物合成过程。盐胁迫条件下，培养7 d去掉胚根胚芽的豫谷2和安04的萌发种子的KEGG富集分析也发现，上调DEGs主要富集于植物激素信号转导、精氨酸及脯氨酸代谢、淀粉及糖代谢、次生代谢物合成等途径；下调DEGs主要富集在氨基酸合成、甘油磷脂代谢、苯丙烷合成等代谢途径[14]。图7 苯丙烷类相关基因在不同萌发吸水时期的qRT-PCR表达分析
苯丙烷类相关基因在不同萌发吸水时期的qRT-PCR表达分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析[J]. 潘教文,李臻,王庆国,管延安,李小波,戴绍军,丁国华,刘炜. 中国农业科学. 2019(22)
[2]As对谷子萌发、幼苗生长及抗氧化酶系统的影响[J]. 王春梅,闫双堆,卜玉山,刘利军,张乃于. 水土保持学报. 2018(06)
[3]超重力对谷子种子萌发及生理生化特性的影响[J]. 杨净,王宏富,鱼冰星,李智,王钰云. 激光生物学报. 2018(04)
[4]谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析[J]. 许冰霞,尹美强,温银元,裴帅帅,柯贞进,张彬,原向阳. 中国农业科学. 2018(08)
[5]谷子转录因子SiNAC18通过ABA信号途径正向调控干旱条件下的种子萌发[J]. 窦祎凝,秦玉海,闵东红,张小红,王二辉,刁现民,贾冠清,徐兆师,李连城,马有志,陈明. 中国农业科学. 2017(16)
[6]不同品种谷子种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价[J]. 裴帅帅,尹美强,温银元,黄明镜,张彬,郭平毅,王玉国,原向阳. 核农学报. 2014(10)
[7]不同生态区主要育成谷子品种芽期耐旱性鉴定[J]. 秦岭,杨延兵,管延安,张华文,王海莲,刘宾,陈二影. 植物遗传资源学报. 2013(01)
[8]nr数据库分析及其本地化[J]. 邓泱泱,荔建琦,吴松锋,朱云平,陈耀文,贺福初. 计算机工程. 2006(05)
[9]谷子品种抗旱性的苗期快速鉴定[J]. 张锦鹏,王茅雁,白云凤,贾晋平,王国英. 植物遗传资源学报. 2005(01)
硕士论文
[1]谷子耐旱资源筛选及其遗传多样性分析[D]. 朱学海.中国农业科学院 2008
本文编号：3252542
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