玉米穗下节间长杂种优势的组学分析

发布时间：2017-08-19 16:30

  本文关键词：玉米穗下节间长杂种优势的组学分析

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【摘要】：玉米是世界上成功利用杂种优势的农作物,其株高和穗位高表现出较强的杂种优势,被认为是研究杂种优势的模式性状,同时穗位高又与玉米抗倒伏能力密切相关。穗位高主要由穗下不同节间长和伸长节间数构成,其中穗下不同节间长表现出明显不同的杂种优势。本研究以我国生产上常用的4个玉米优良杂交种及其亲本为材料,采用Solexa深测序和2-DE技术,结合生物信息学分析的方法,对玉米穗位高相关的mi RNA及其靶基因和节间相关蛋白进行了分析;并利用实时荧光定量PCR对与穗位高相关的mi RNA和靶基因进行了表达分析,目的在于揭示玉米穗下节间长的杂种优势形成的遗传机理,为抗倒伏玉米新品种的选育提供理论依据。主要研究结论如下:1.对3个优良玉米杂交种不同穗下节间长的杂种优势分析可以看出,不同穗下节间长的杂种优势存在显著差异,穗下第7、8、9节间长具有较强的杂种优势,其中第9节间的杂种优势大于第8节间,第7节间的杂种优势最小。2.通过Solexa深测序,发现不同的mi RNA家族在浚单20的相对丰度存在显著变异,在自交系浚9058中有超过10,000,000拷贝的mi R168,也有仅1个拷贝的mi R393b,这些差异表明不同mi RNA在同一组织的表达水平具有多样性。mi RNA的表达模式主要为超低亲表达,其次为超高亲表达,说明mi RNA的超亲表达模式可能与玉米穗下节间长杂种优势的形成有关。用ps RNATarget软件对99个保守的mi RNA序列进行靶基因预测,共预测到246个mi RNA靶基因,其中大部分靶基因的编码产物为转录因子(101/246),其次是信号转导因子(28/246)和发育因子(27/246)。本研究同时发现8个新的mi RNA,其靶基因最多的为转录后调控因子(7/52)和应激反应因子(7/52)。检测靶基因的表达谱,发现许多靶基因显示出与mi RNA相同的表达趋势,但有一些靶标,包括Tn1,T169a和T172a-d,未检测到明确相反的表达模式。这些结果说明除了相应的mi RNA,靶基因的表达可能还受其它因素的调节。3.通过对2-DE分析,发现大量差异蛋白的表达量接近中亲值,暗示蛋白的中亲表达模式可能与玉米株高杂种优势的形成有关。通过发现在三个杂交种中有4个蛋白点在杂交种中表达量为0,在亲本之一或双亲中有较高表达,说明这些基因的负调控可能与穗下节间长杂种优势形成有关。对ESI/MS/MS质谱鉴定得到的66个差异蛋白点的功能进行注释,发现与代谢有关的蛋白点最多,达到49个,其次是与遗传信息处理有关的蛋白为5个。差异蛋白参与的代谢途径包括丙酮酸代谢、磷酸戊糖途径、氨基酸的生物合成、次级代谢产物的合成、蛋白质的代谢、RNA的降解等代谢途径。此外,检测到7个蛋白(共计18个蛋白点)具有2个及以上蛋白点,说明这些蛋白存在翻译后修饰,推测蛋白的翻译后修饰,可能也参与玉米穗下节间伸长杂种优势的形成。综上所述玉米穗下节间长杂种优势的形成是一个复杂的生长发育过程,可能受多种代谢途径的影响。在mi RNA水平上,由于杂交种中一些关键mi RNA表达量的降低,促进转录因子的合成,进而促进功能基因的表达,同时杂交种比自交系的代谢通路更为完善,从而表现出杂种优势。
【关键词】：玉米 穗下节间长 杂种优势 mi RNA分析 蛋白质组分析
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513
【目录】：

• 致谢4-8
• 摘要8-11
• 第一章 文献综述11-32
• 1.1 杂种优势研究进展11-17
• 1.1.1 玉米株高杂种优势研究的重要性11
• 1.1.2 杂种优势遗传机理研究进展11-15
• 1.1.3 玉米抗倒伏相关性状的研究进展15
• 1.1.4 株高的研究进展15-17
• 1.2 microRNA的研究进展17-28
• 1.2.1 microRNA的概念17
• 1.2.2 miRNA的特点17-18
• 1.2.3 microRNA的生物合成过程18-19
• 1.2.4 microRNA介导的基因表达调控模式19-22
• 1.2.5 microRNA在植物发育过程中的研究进展22-23
• 1.2.6 植物microRNA的研究方法23-27
• 1.2.6.1 确定新mi RNA的一般步骤23-24
• 1.2.6.2 高通量测序24-25
• 1.2.6.3 生物信息学在植物mi RNA研究中的应用25-26
• 1.2.6.4 mi RNA定量检测26-27
• 1.2.7 玉米microRNA的研究及其与杂种优势的关系27-28
• 1.3 蛋白质组学研究进展28-32
• 1.3.1 蛋白质组学研究技术29-32
• 1.3.1.1 双向电泳技术(li)29
• 1.3.1.2 质谱分析29-30
• 1.3.1.3 蛋白质组学研究中的生物信息学(Bioinformatics)30
• 1.3.1.4 蛋白质定量技术30-32
• 第二章 玉米穗下节间长杂种优势的mi RNA调控机制研究32-84
• 2.1 试验材料与方法32-41
• 2.1.1 试验材料32
• 2.1.2 主要的仪器设备和耗材32
• 2.1.3 生化试剂32-33
• 2.1.4 常用溶液的配制33
• 2.1.5 使用的数据库和在线工具33
• 2.1.6 玉米材料的处理33-34
• 2.1.7 取样34
• 2.1.8 实验材料总RNA的提取34-36
• 2.1.8.1 实验用品的前处理34-35
• 2.1.8.2 试验样品总RNA的提取35
• 2.1.8.3 RNA质量检测35-36
• 2.1.9 mi RNA测序与数据分析36-37
• 2.1.9.1 Solexa测序原理及流程36
• 2.1.9.2 数据分析36-37
• 2.1.10 mi RNA引物37
• 2.1.11 mi RNA靶基因的预测37-38
• 2.1.12 RNA纯化与反转录38
• 2.1.13 c DNA第一链的合成38-40
• 2.1.14 引物特异性鉴定40
• 2.1.15 实时定量PCR对mi RNA和mi RNA候选靶基因进行相对定量分析40-41
• 2.2 结果与分析41-80
• 2.2.1 玉米穗下不同节间长的杂种优势分析41-43
• 2.2.2 总RNA的提取和质量检测43-44
• 2.2.3 在杂交种和其亲本中检测到的Micro RNA44-50
• 2.2.4 玉米穗下节间mi RNA的表达模式分析50
• 2.2.5 保守mi RNA靶基因的预测50-77
• 2.2.6 玉米穗下节间中新发现的mi RNA77-78
• 2.2.7 部分mi RNA及其靶基因的表达谱分析78-80
• 2.3 讨论与结论80-84
• 2.3.1 高通量测序技术的可行性80-81
• 2.3.2 玉米杂种优势相关的mi RNA81-82
• 2.3.3 靶基因涉及的玉米穗下节间伸长的代谢调控途径82-84
• 第三章 玉米穗下节间杂种优势的蛋白质组学分析84-111
• 3.1 试验材料与方法84-91
• 3.1.1 供试材料84
• 3.1.2 实验仪器84
• 3.1.3 试剂和溶液配制84-86
• 3.1.3.1 试剂84
• 3.1.3.2 蛋白提取和电泳所需溶液配制84-86
• 3.1.3.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳凝胶的配置86
• 3.1.4 实验方法86-91
• 3.1.4.1 试验材料的处理86
• 3.1.4.2 蛋白质的提取86-87
• 3.1.4.3 蛋白质样品浓度测定87-88
• 3.1.4.4 第一向等电聚焦电泳88-89
• 3.1.4.5 第二向SDS-PAGE电泳89-90
• 3.1.4.6 凝胶染色90
• 3.1.4.7 凝胶图像分析、蛋白质点的胶内酶解和串联质谱分析90-91
• 3.1.4.8 玉米蛋白质的表达模式91
• 3.2 结果与分析91-105
• 3.2.1 差异蛋白的筛选91-92
• 3.2.2 差异蛋白点的的表达模式分析92-98
• 3.2.3 玉米杂交种及其亲本第8节间差异蛋白的功能分析98-105
• 3.3 讨论部分105-110
• 3.3.1 样品的取用和方法的可行性105
• 3.3.2 代谢通路的完善是株高杂种优势形成的机理之一105-108
• 3.3.3 与激素诱导基因表达相关的差异蛋白108-109
• 3.3.4 具有特殊表达模式的蛋白点109-110
• 3.4 结论110-111
• 第四章 结论111-113
• 4.1 玉米穗下节间长的杂种优势表现111
• 4.2 miRNA与节间伸长杂种优势的关系111
• 4.3 玉米穗下节间长杂种优势的蛋白质组学分析111-113
• ABSTRACT113-115
• 参考文献115-132

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