利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

发布时间：2021-11-01 02:31

　　【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因（DEGs）,通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照（WB665）和样品（NL409）高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264（43.55%）个基因表达上调,2 935（56.45%）个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶... 

【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(01)北大核心CSCD

【文章页数】：17 页

【部分图文】：

自交系NL409（左）和WB665（右）稳定时期的叶片

GO功能分析表明，差异表达基因被注释到24个生物过程、22个细胞组分、19个分子功能类别中，差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中。其中生物过程显著富集在次生代谢、花粉雌蕊相互作用、花粉识别、防卫反应和细胞识别5个过程（图3）；细胞组分分析中差异基因显著富集在细胞外缘、质膜、细胞膜固有成分、细胞膜基本成分、膜部分、共质体、胞间接合和胞间连丝等10个组分类别（图4）；分子功能显著富集在单加氧酶活性、氧化还原活性、催化活性、纤维素合成酶活性、ADP结合、碳水化合物结合、铁离子结合、葡糖基转移酶活性等19个类别（图5）。利用MapMan工具对差异表达基因进行pathway富集分析，差异基因被注释到125条代谢通路中，主要涉及生物合成、能量代谢、信号转导及次生代谢。以P-value≤0.05为筛选标准，发现这些基因显著富集到11条代谢路径（表3），其中核糖体路径富集差异基因数目最多达到83个，37个基因表达上调，46个基因下调表达；其次，植物激素信号转导通路富集57个差异基因，24个基因上调，33个基因下调；苯丙烷类代谢路径18个基因上调，15个基因下调；乙醛酸和二羧酸代谢通路15个基因上调，10个基因下调；谷胱甘肽代谢路径13个基因上调，10个基因下调；鞘脂类代谢路径2个基因上调，11个基因下调（表4）；油菜素内酯生物合成路径4个基因上调，3个基因下调（表5）；类黄酮生物合成路径6个基因上调，2个基因下调；苯并恶唑嗪类生物合成和苯乙烯类、二芳庚酸类、姜酚类生物合成通路也富集到较多差异基因，分别有7个和5个基因下调表达。基于不同代谢通路中基因上下调比例，推断核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢这些基因下调表达较多的路径可能与叶片发育，尤其是窄叶的形成密切相关。

利用MapMan工具对差异表达基因进行pathway富集分析，差异基因被注释到125条代谢通路中，主要涉及生物合成、能量代谢、信号转导及次生代谢。以P-value≤0.05为筛选标准，发现这些基因显著富集到11条代谢路径（表3），其中核糖体路径富集差异基因数目最多达到83个，37个基因表达上调，46个基因下调表达；其次，植物激素信号转导通路富集57个差异基因，24个基因上调，33个基因下调；苯丙烷类代谢路径18个基因上调，15个基因下调；乙醛酸和二羧酸代谢通路15个基因上调，10个基因下调；谷胱甘肽代谢路径13个基因上调，10个基因下调；鞘脂类代谢路径2个基因上调，11个基因下调（表4）；油菜素内酯生物合成路径4个基因上调，3个基因下调（表5）；类黄酮生物合成路径6个基因上调，2个基因下调；苯并恶唑嗪类生物合成和苯乙烯类、二芳庚酸类、姜酚类生物合成通路也富集到较多差异基因，分别有7个和5个基因下调表达。基于不同代谢通路中基因上下调比例，推断核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢这些基因下调表达较多的路径可能与叶片发育，尤其是窄叶的形成密切相关。图4 差异表达基因显著富集的细胞组分

【参考文献】：
期刊论文
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[2]玉米叶形相关性状的Meta-QTL及候选基因分析[J]. 郭书磊,张君,齐建双,岳润清,韩小花,燕树锋,卢彩霞,傅晓雷,陈娜娜,库丽霞,铁双贵.  植物学报. 2018(04)
[3]玉米光合突变体hcf136（high chlorophyll fluorescence 136）的转录组分析[J]. 吴庆飞,秦磊,董雷,丁泽红,李平华,杜柏娟.  作物学报. 2018(04)
[4]基于转录组分析苹果水杨酸特异响应基因MdWRKY40的启动子鉴定[J]. 邱化荣,周茜茜,何晓文,张宗营,张世忠,陈学森,吴树敬.  中国农业科学. 2017(20)
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[6]Overexpression of the maize GRF10, an endogenous truncated growth-regulating factor protein, leads to reduction in leaf size and plant height[J]. Lei Wu,Dengfeng Zhang,Ming Xue,Jianjun Qian,Yan He,Shoucai Wang.  Journal of Integrative Plant Biology. 2014(11)
[7]叶发育的遗传调控机理研究进展[J]. 崔晓峰,黄海.  植物生理学报. 2011(07)
[8]Arabidopsis RAV1 is down-regulated by brassinosteroid and may act as a negative regulator during plant development[J]. Yu Xin HU~*, Yong Hong WANG~*, Xin Fang LIU, Jia Yang LI~(**) Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China..  Cell Research. 2004(01)



本文编号：3469349