基于‘黄花2号’水仙转录组的小鳞茎萌发相关基因研究

发布时间：2020-04-27 09:58

【摘要】：‘黄花2号’水仙2012年4月通过福建省农作物品种委员会认定,是一个花色特异的水仙新品种。‘黄花2号’水仙正在大面积推广,急需大量种球。扦插繁殖简便易行、成本较低、繁殖系数高,是多花水仙无性繁殖的一项新技术。本研究以‘黄花2号’水仙扦插繁殖开始(0d)、小鳞茎萌发(30d)和小鳞茎发育(50d)三个时期的鳞茎为材料,进行不同时期的转录组比较分析,小鳞茎萌发和发育主要与淀粉和蔗糖代谢、细胞分裂素代谢等主要代谢途径相关;筛选鉴定出生长素响应因子家族(auxin response factor,ARF),并利用了一些生物信息学的方法对NtARF家族进行生物信息学分析,利用qRT-PCR主要NtARF基因进行了扦插繁殖不同时期的表达模式分析;在细胞分裂素途径中筛选并克隆出关键酶基因5~’-核糖单磷酸水解酶(Lonely Guy,LOG)基因,利用qRT-PCR对扦插繁殖的不同时期和不同组织器官进行表达分析,旨在探索出多花水仙扦插繁殖的分子内在机理,并为进一步创新多花水仙的繁殖新技术,提高多花水仙的的繁殖率以及新繁殖技术的研发奠定基础。本研究主要结果如下:1.对‘黄花2号’水仙扦插繁殖0d、30d和50d 3个时期的样品的测序原始数据进行统计,分别得到了80281762、77582098和68426350条Clean reads,其中Q20和Q30值均在90%以上,对数据组装共得到167583条Unigene,其中123798条Unigene在Nr、Nt、Pfam、KOG、Swiss-prot、KEGG和GO 7个数据库得到注释。通过扦插繁殖0d和30d两个比较组分析中,发现上调基因有681个,下调基因820个、在扦插繁殖0d和50d比较组组中发现上调的基因1231个,下调基因1942个、在扦插繁殖30d和50d的比较组中上调基因有436个,下调的基因412个。差异表达基因富集在淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号传导以及玉米素生物合成等主要代谢途径中。2.基于转录组数据,通过Nr、Nt、Swiss-Prot和Pfam 4个数据库、NCBI网站和在线软件SMART的注释筛选,利用ExPASy-ProtParam tool、SOPMA、Prot Comp、MEME、MAGA和Heml软件进行氨基酸理化性质、蛋白二级结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化树和小鳞茎萌发不同时期的表达模式分析。共筛选得到21个NtARF家族基因,生物信息学分析12个全长基因蛋白长度在193-1096aa之间,预测的分子量为20.46-122.2kD,等电点为5.19-7.97,全部为不稳定的亲水蛋白,亚细胞定位预测均位于细胞核中。通过21个NtARF基因进化树分析表明,NtARF蛋白分为3个大组,GlassⅢ进一步被分为3个亚组,基序分支表明相近的ARF转录因子具有相同或相近的基序。NtARF8、NtARF13、NtARF15、NtARF17和NtARF21都展现较高的表达模式,可能是通过正向调节生长素的含量来促进小鳞茎的萌发。3.从细胞分裂素途径中筛选出关键酶基因LOG,并成功克隆出2个LOG基因,分别命名为NtLOG2和NtLOG5,GenBank登录号为MK170457和MK189487,其中NtLOG2开放阅读框(ORF)为654bp,编码217个氨基酸,分子式为C_(1068)H_(1708)N_(300)O_(317)S_9;NtLOG5开放阅读框(ORF)为648bp,编码215个氨基酸,分子式为C_(1055)H_(1693)N_(293)O_(314)S_9。NtLOG2和NtLOG5均属于不稳定的亲水蛋白。跨膜预测分析表明2个蛋白均不存在跨膜结构。通过qRT-PCR对‘黄花2号’水仙扦插繁殖不同时期和不同组织器官的表达分析得出,2个NtLOG基因都在0d、30d、50d表现了较高的表达水平,在水仙不同组织器官的表达分析中,NtLOG2在花苞期的花瓣里表达最高,其次在花柄中,而NtLOG5在花柄里表达最高,其次是根里,然后在花苞期的花瓣中。
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技术,转录组,低温胁迫,应用研究

图 1-1 RNA-Seq 技术具体步骤Fig.1-1 Specific steps of RNA-Seq Technologyq 技术在植物中的研究进展等植物研究中，关于转录组测序技术应用非常多，，主要水果、花卉等园艺作物以及药用植物等的研究。作物上的应用研究：通过转录组分析，发现低温胁迫对在光合作用、次生代谢的生物合成和苯丙氨酸代谢等方因子家族在水稻低温胁迫中发挥重要作用[35]；在玉米两个在低温胁迫中发挥关键作用的 MYB 基因，并做了芳等在模拟干旱胁迫下野生大豆的转录组分析共获得B、WRKY、NAC 等转录因子在干旱条件下都有明显的变植物上的应用研究：通过西瓜比较转录组分析，分析维素合成酶（CesA）和多聚半乳糖醛酸酶(PG)等参与

细胞分裂素,途径,高温环境,基因

基于‘黄花 2 号’水仙转录组的小鳞茎萌发相关基因研究降低促进了光合气孔关闭, 可以保留植物体内水分，植物进而进行自我保护[宓阿娜分别研究了草莓在干旱环境、高温环境和高盐环境中 FvLOG 的表达，现 8 个 FvLOG 基因在干旱环境中表现为下调，FvLOG 基因在高温环境中表现为下调，在高盐胁迫环境中，发现根中和叶中都有不同的 FvLOG 基因上调和调。证明了 FvLOG 在植物的逆境中也发挥重要的作用[81]。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S682.21

【参考文献】