紫花苜蓿在轉(zhuǎn)錄組水平響應(yīng)低溫脅迫的差異表達(dá)基因研究.pdf

1、冬季嚴(yán)寒是我國東北、西北等地區(qū)種植紫花苜蓿的最主要限制因子之一。除了采取必要的田間管理措施外，選育抗寒性強(qiáng)的品種是降低低溫對紫花苜蓿生產(chǎn)不利影響的重要手段。目前，育種家仍主要使用傳統(tǒng)育種手段來提高紫花苜蓿品種的抗寒性，分子水平抗寒育種的研究成果和應(yīng)用均較少。本研究利用Illumina Hi-Seq4000高通量測序平臺，在轉(zhuǎn)錄組水平詳盡分析了不同抗寒能力紫花苜蓿品種響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，鑒定分析了紫花苜蓿響應(yīng)低溫脅迫轉(zhuǎn)錄

2、因子家族以及目前研究較少的紫花苜蓿bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子的進(jìn)化、基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)譜等，主要研究結(jié)果如下:
　　1.對ZG9830（抗寒）和CUF101（不抗寒）紫花苜蓿品種幼苗進(jìn)行4℃低溫脅迫，將處理0h(CK)和48h（處理）的葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，共獲得106.38Gb clean data。經(jīng)de novo組裝得到78，925個(gè)Unigenes，其中的43，930個(gè)在Nr、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pf

3、am公共數(shù)據(jù)庫的得到注釋。ZG9830和CUF101品種經(jīng)歷低溫肋迫后各被鑒定出3，448和2，912個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs)，其中各有3,235個(gè)和2，713個(gè)DEGs在Nr等7個(gè)數(shù)據(jù)庫獲得功能注釋。GO功能注釋結(jié)果主要集中在生物學(xué)過程、細(xì)胞元件、分子功能3個(gè)大類中的9個(gè)亞類，COG注釋表明，這些DEGs主要參與“未知基因組功能”、“轉(zhuǎn)錄、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、復(fù)制、重組和修復(fù)”、“氨基酸運(yùn)輸與代謝”、“碳水化合物運(yùn)輸”與“代謝、翻譯、核糖體結(jié)

4、構(gòu)與形成”，參與最多的KEGG代謝通路為“核糖體”、“氨基酸生物合成”、“植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“碳代謝”、“真核細(xì)胞核糖體生物起源”、“淀粉和蔗糖代謝”等。兩個(gè)品種中共有的DEGs為2，122個(gè)，并且其上調(diào)/下調(diào)差異表達(dá)模式相同，差異表達(dá)倍數(shù)相近;抗寒品種ZG9830特有的DEGs為1，326個(gè)，其中有1，220個(gè)獲得了Nr等7個(gè)數(shù)據(jù)庫的注釋信息。
　　2.測序獲得的實(shí)驗(yàn)品種全部Unigenes中存在59個(gè)家族、共1，730個(gè)轉(zhuǎn)錄

5、因子編碼基因，其中PHD、ABI3VP1、AP2/ERE等10個(gè)家族基因數(shù)量較多;抗寒品種ZG9830的DEGs中，有251個(gè)基因編碼PHD等34個(gè)家族轉(zhuǎn)錄因子，其中98個(gè)基因?yàn)閆G9830特有，且不同轉(zhuǎn)錄因子家族基因在紫花苜蓿不同器官中的表達(dá)模式有差異，暗示這些轉(zhuǎn)錄因子可能通過不同的調(diào)控途徑參與調(diào)控ZG9830響應(yīng)低溫脅迫的過程。
　　3.通過全轉(zhuǎn)錄組分析，在紫花苜蓿共鑒定出138個(gè)編碼bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子基因，這些轉(zhuǎn)錄因子被劃

6、分為10個(gè)亞家族。除核心結(jié)構(gòu)域外，還存在由R/KxxS/T結(jié)構(gòu)域、S/TxxD/E結(jié)構(gòu)域和脯氨酸富集結(jié)構(gòu)域組成的保守結(jié)構(gòu)域。MsbZIP基因的密碼子更偏向于使用A/T堿基，這可能與功能具有較高的相關(guān)性。不同bZIP亞家族的基因在紫花苜蓿不同器官中的表達(dá)模式具有差異性，說明這些基因在紫花苜蓿生長發(fā)育及響應(yīng)低溫脅迫過程中發(fā)揮著不同的生物學(xué)功能。
　　上述研究成果為進(jìn)一步研究紫花苜?？购缘姆肿訖C(jī)理、發(fā)掘抗寒關(guān)鍵基因及開展抗寒分子育種提