利用cDNA-AFLP技术分析‘窄冠黑白杨’杂种优势的差异表达基因
发布时间：2022-01-20 03:56
本研究以‘窄冠黑白杨’（Populus ‘Zhaiguanheibaiyang’）及其亲本为材料,通过cDNA扩增片段长度多态性分析技术（cDNA-AFLP）构建扩增图谱。从96对扩增引物中筛选出35对可用于条带分析的扩增引物,获得761个修饰位点, 5种基因差异表达模式。回收cDNA-AFLP图谱中分离的19条差异表达的转录衍生片段（transcript-derived fragments, TDFs）进行同源性比对分析,发现其中14条TDFs与杨树基因库中的已知基因同源,如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（STPK）、泛素激活酶（E1）、糖基转移酶（UDP）、ARGOS-like蛋白基因等,在植物生长代谢活动、信号转导调控等途径中具有重要作用。利用实时荧光定量PCR技术检测差异表达TDFs在杂种及父本中芽、叶、茎等不同组织的表达量,发现在叶中表达量有明显差异,这可能与杂种优势密切相关。结果与cDNA-AFLP图谱一致,说明研究结果稳定可靠,为后续杨树杂种优势的研究提供新的见解。
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(12)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
五种变异类型所占的比例
运用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳对杂种‘窄冠黑白杨’及其亲本之间的差异片段进行比较分析,结果获得的19条TDFs,其中15条TDFs为杂种特异表达型,即该条带仅在杂种中出现,4条TDFs单亲表达一致型,即该条带在双亲之一和杂种中出现,而在另一亲本中不出现。由此推测杂种优势的形成可能与特异基因的表达相关。通过对19条TDFs进行同源比对,发现这些TDFs可能与杂种优势的形成密切相关,其中包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、泛素激活酶、糖基转移酶以及ARGOS-like等,这些基因参与植物的多个生长发育过程(杨继祥等2019;林廷文等2020;Saha等2007)。泛素激活酶(EAC/MCT13序列)泛素介导蛋白质降解,影响细胞分化、凋亡等(杨继祥等2019),泛素蛋白在很多生物途径中起到了至关重要的作用,参与植物激素信号传导、次生产物糖苷化、光合作用等等多种生命活动(Devoto等2003)。糖基转移酶可催化糖基从供体分子转移到受体分子,形成各种具有生物活性的糖苷类化合物(林廷文等2020),也是影响植物次生代谢途径的结构修饰酶之一(赵千婧等2018)。如在棉花中发现糖基转移酶与棉纤维伸长发育显著相关,对于细胞的伸长具有重要作用,有助于提高棉花产量,在棉花育种方面奠定相关基础(冯玥2016)。PPR基因(EAC/MCT16序列)在植物中广泛存在,但目前其功能研究相对较少。先前有研究表明其对植物发育和细胞器基因的表达具有一定的调控作用(Saha等2007)。AR-GOS-like (EAC/MCT15序列)是生物体内一种重要蛋白质,其可以调节细胞内外信号传递,在细胞数量、器官的大小调控方面发挥着至关重要的作用(Kuluev等2016,2017)。关于ARGOS-like的研究主要集中在拟南芥和水稻中,人们发现ARGOS-like在器官形成的大小方面发挥着至关重要的作用。如在拟南芥中已有报道,ARGOS-like通过调节细胞数量来调节器官的大小(Gonzalez-Garcia等2011)。在水稻上的研究也显示,ARGOS-like对于种子大小(Wang等2009)和叶片形态(徐静等2013)具有一定的调控作用,尤其是对于叶片倾角的调控,叶片倾角主要决定于叶枕,叶枕与第二年分枝角的形成有很大的关系(徐静等2013)。目前已经有研究表明,杨树中ARGOS-like可以调控叶片发育和叶片倾角的形成,进而影响分枝角大小,对杨树叶片发生和器官生长的调控具有重要意义(Kuluev等2016)。窄冠杨树冠型小,适宜与林、粮、草、药间作,生长速度快,有助于提高木材质量,促进杨树良种的选育(田彦挺等2018)。由此推测这些差异基因与窄冠型性状有一定的关系,研究结果对于下一阶段杂种优势的研究具有重要的参考价值。3.3杨树丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因的表达差异
回收聚丙烯酰胺胶上A型和B型的杂种差异位点的DNA片段条带,以回收产物作为模板进行二次扩增,用1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,获得19条转录衍生的DNA序列(TDFs)。随后将19条TDFs在NCBI上进行BLASTn同源性比对分析(表4),其中14条TDFs成功比对到杨树基因库中且同源性较高,14条TDFs包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(STPK)、糖基转移酶家族的纤维素合酶、泛素激活酶、ARGOS-like家族蛋白、谷氨酸受体、抗病蛋白等多种类型基因,分布较广,表明在全基因组范围内存在广泛的变异现象。同时还有一些未知功能的基因序列,说明杂种相对于亲本在核基因组水平也存在广泛的变异,包含许多植物生长代谢活动相关的基因。结果表明杂交后使整个基因组内发生变异,这可能与杂种优势形成具有紧密的联系。图4 五种变异类型所占的比例
【参考文献】：
期刊论文
[1]人参皂苷糖基转移酶基因研究概述[J]. 林廷文,杜金法,黄丽瑾,陆续. 中国中药杂志. 2020(19)
[2]玉米杂交种及其亲本自交系抗倒伏特性的研究[J]. 李碧霞,祁炳琴,朱丽斌,胡静,李晓鹏,薛彬,许有麒,勾玲. 西北农业学报. 2020(01)
[3]‘国光’苹果及其芽变材料的果实品质和AFLP分析[J]. 聂佩显,于树增,陈浪波,薛晓敏,王金政. 山东农业科学. 2019(10)
[4]基于AFLP遗传多样性和叶片内含物的银杏特异种质资源分析[J]. 胡亚平,曹福亮,汪贵斌,郭起荣. 分子植物育种. 2020(02)
[5]烟草泛素激活酶E1蛋白序列的分析[J]. 杨继祥,杨昭明,杨志孝,苏家恩. 安徽农业科学. 2019(09)
[6]山药（Dioscorea opposita）块茎不同发育时期相关差异基因的cDNA-AFLP分析[J]. 王志敏,霍秀文,张艳芳,邵盈,敖兰吉亚,赵令敏,季祥. 分子植物育种. 2019(11)
[7]糖基转移酶合成相关糖苷类化合物研究进展[J]. 赵千婧,程瑶,王佳,孙新晓,申晓林,袁其朋. 北京化工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[8]甘蓝型油菜显性核不育系的分子标记辅助选择[J]. 张俊英,蒋美艳,江建霞,李延莉,王伟荣,孙超才,杨立勇,周熙荣. 核农学报. 2018(11)
[9]窄冠型杨树杂交子代SRAP鉴定及其遗传变异研究[J]. 田彦挺,李际红,王锦楠,许东,王艺玮,邢世岩. 核农学报. 2018(05)
[10]马尾松子代生长杂种优势与亲本配合力、遗传距离的相关性[J]. 董虹妤,刘青华,周志春,金国庆,沈丹玉,宋新回. 林业科学. 2017(02)
硕士论文
[1]利用cDNA-AFLP技术筛选甘蓝型油菜应答非生物胁迫的差异表达基因[D]. 刘翠翠.福建农林大学 2018
[2]稻瘟病菌丝氨酸苏氨酸蛋白激酶MoSch9的功能研究[D]. 孔祥一.南京农业大学 2017
[3]棉花岩藻糖基转移酶家族基因（FucT）的发掘和FucT4功能初步分析[D]. 冯玥.南京农业大学 2016
本文编号：3598126
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(12)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
五种变异类型所占的比例
运用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳对杂种‘窄冠黑白杨’及其亲本之间的差异片段进行比较分析,结果获得的19条TDFs,其中15条TDFs为杂种特异表达型,即该条带仅在杂种中出现,4条TDFs单亲表达一致型,即该条带在双亲之一和杂种中出现,而在另一亲本中不出现。由此推测杂种优势的形成可能与特异基因的表达相关。通过对19条TDFs进行同源比对,发现这些TDFs可能与杂种优势的形成密切相关,其中包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、泛素激活酶、糖基转移酶以及ARGOS-like等,这些基因参与植物的多个生长发育过程(杨继祥等2019;林廷文等2020;Saha等2007)。泛素激活酶(EAC/MCT13序列)泛素介导蛋白质降解,影响细胞分化、凋亡等(杨继祥等2019),泛素蛋白在很多生物途径中起到了至关重要的作用,参与植物激素信号传导、次生产物糖苷化、光合作用等等多种生命活动(Devoto等2003)。糖基转移酶可催化糖基从供体分子转移到受体分子,形成各种具有生物活性的糖苷类化合物(林廷文等2020),也是影响植物次生代谢途径的结构修饰酶之一(赵千婧等2018)。如在棉花中发现糖基转移酶与棉纤维伸长发育显著相关,对于细胞的伸长具有重要作用,有助于提高棉花产量,在棉花育种方面奠定相关基础(冯玥2016)。PPR基因(EAC/MCT16序列)在植物中广泛存在,但目前其功能研究相对较少。先前有研究表明其对植物发育和细胞器基因的表达具有一定的调控作用(Saha等2007)。AR-GOS-like (EAC/MCT15序列)是生物体内一种重要蛋白质,其可以调节细胞内外信号传递,在细胞数量、器官的大小调控方面发挥着至关重要的作用(Kuluev等2016,2017)。关于ARGOS-like的研究主要集中在拟南芥和水稻中,人们发现ARGOS-like在器官形成的大小方面发挥着至关重要的作用。如在拟南芥中已有报道,ARGOS-like通过调节细胞数量来调节器官的大小(Gonzalez-Garcia等2011)。在水稻上的研究也显示,ARGOS-like对于种子大小(Wang等2009)和叶片形态(徐静等2013)具有一定的调控作用,尤其是对于叶片倾角的调控,叶片倾角主要决定于叶枕,叶枕与第二年分枝角的形成有很大的关系(徐静等2013)。目前已经有研究表明,杨树中ARGOS-like可以调控叶片发育和叶片倾角的形成,进而影响分枝角大小,对杨树叶片发生和器官生长的调控具有重要意义(Kuluev等2016)。窄冠杨树冠型小,适宜与林、粮、草、药间作,生长速度快,有助于提高木材质量,促进杨树良种的选育(田彦挺等2018)。由此推测这些差异基因与窄冠型性状有一定的关系,研究结果对于下一阶段杂种优势的研究具有重要的参考价值。3.3杨树丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因的表达差异
回收聚丙烯酰胺胶上A型和B型的杂种差异位点的DNA片段条带,以回收产物作为模板进行二次扩增,用1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,获得19条转录衍生的DNA序列(TDFs)。随后将19条TDFs在NCBI上进行BLASTn同源性比对分析(表4),其中14条TDFs成功比对到杨树基因库中且同源性较高,14条TDFs包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(STPK)、糖基转移酶家族的纤维素合酶、泛素激活酶、ARGOS-like家族蛋白、谷氨酸受体、抗病蛋白等多种类型基因,分布较广,表明在全基因组范围内存在广泛的变异现象。同时还有一些未知功能的基因序列,说明杂种相对于亲本在核基因组水平也存在广泛的变异,包含许多植物生长代谢活动相关的基因。结果表明杂交后使整个基因组内发生变异,这可能与杂种优势形成具有紧密的联系。图4 五种变异类型所占的比例
【参考文献】：
期刊论文
[1]人参皂苷糖基转移酶基因研究概述[J]. 林廷文,杜金法,黄丽瑾,陆续. 中国中药杂志. 2020(19)
[2]玉米杂交种及其亲本自交系抗倒伏特性的研究[J]. 李碧霞,祁炳琴,朱丽斌,胡静,李晓鹏,薛彬,许有麒,勾玲. 西北农业学报. 2020(01)
[3]‘国光’苹果及其芽变材料的果实品质和AFLP分析[J]. 聂佩显,于树增,陈浪波,薛晓敏,王金政. 山东农业科学. 2019(10)
[4]基于AFLP遗传多样性和叶片内含物的银杏特异种质资源分析[J]. 胡亚平,曹福亮,汪贵斌,郭起荣. 分子植物育种. 2020(02)
[5]烟草泛素激活酶E1蛋白序列的分析[J]. 杨继祥,杨昭明,杨志孝,苏家恩. 安徽农业科学. 2019(09)
[6]山药（Dioscorea opposita）块茎不同发育时期相关差异基因的cDNA-AFLP分析[J]. 王志敏,霍秀文,张艳芳,邵盈,敖兰吉亚,赵令敏,季祥. 分子植物育种. 2019(11)
[7]糖基转移酶合成相关糖苷类化合物研究进展[J]. 赵千婧,程瑶,王佳,孙新晓,申晓林,袁其朋. 北京化工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[8]甘蓝型油菜显性核不育系的分子标记辅助选择[J]. 张俊英,蒋美艳,江建霞,李延莉,王伟荣,孙超才,杨立勇,周熙荣. 核农学报. 2018(11)
[9]窄冠型杨树杂交子代SRAP鉴定及其遗传变异研究[J]. 田彦挺,李际红,王锦楠,许东,王艺玮,邢世岩. 核农学报. 2018(05)
[10]马尾松子代生长杂种优势与亲本配合力、遗传距离的相关性[J]. 董虹妤,刘青华,周志春,金国庆,沈丹玉,宋新回. 林业科学. 2017(02)
硕士论文
[1]利用cDNA-AFLP技术筛选甘蓝型油菜应答非生物胁迫的差异表达基因[D]. 刘翠翠.福建农林大学 2018
[2]稻瘟病菌丝氨酸苏氨酸蛋白激酶MoSch9的功能研究[D]. 孔祥一.南京农业大学 2017
[3]棉花岩藻糖基转移酶家族基因（FucT）的发掘和FucT4功能初步分析[D]. 冯玥.南京农业大学 2016
本文编号：3598126
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