甘藍(lán)型油菜響應(yīng)低硼脅迫差異剪接基因的研究.pdf

1、硼是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，在植物體內(nèi)它與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、細(xì)胞膜功能、碳水化合物代謝、生殖生長等生理生化功能密切相關(guān)。油菜是我國重要的油料作物并且對缺硼非常敏感。本研究基于本課題組前期正常硼和缺硼處理甘藍(lán)型油菜硼高效品種青油10號(hào)和硼低效品種Westar10轉(zhuǎn)錄譜的測序數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對差異可變剪接事件進(jìn)行分析，明確低硼脅迫下甘藍(lán)型油菜基因組可變剪接事件的變化，篩選出響應(yīng)低硼脅迫的重要差異剪接基因。結(jié)果如下:
　　1.通過對正常

2、硼和低硼脅迫甘藍(lán)型油菜硼高、低效品種轉(zhuǎn)錄本的拼接，共鑒定135，036個(gè)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本以及56，203個(gè)表達(dá)的基因，平均每個(gè)基因具有2個(gè)以上轉(zhuǎn)錄本。將拼接的轉(zhuǎn)錄本與參考基因組進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)大量的新轉(zhuǎn)錄本以及新基因的存在，對其進(jìn)行GO富集功能分析，發(fā)現(xiàn)新基因注釋的功能分別與葡萄糖代謝、鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)及H+轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶活性等有關(guān)。
　　2.甘藍(lán)型油菜硼高、低效品種在正常硼和低硼處理下，共有33.3％的基因發(fā)生可變剪接。所有發(fā)生可變剪接事件中

3、四種剪接類型所占比例為:內(nèi)含子保留＞3'選擇性剪接＞5'端選擇性剪接＞外顯子跳躍。在低硼脅迫下，硼高、低效品種中發(fā)生剪接事件數(shù)目都高于正常硼水平條件下剪接事件數(shù)目，并且Westar10中發(fā)生剪接事件數(shù)目大于青油10號(hào)，暗示硼脅迫對青油10號(hào)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的損傷程度小于Westar10。對發(fā)生差異剪接及沒有發(fā)生差異剪接的基因功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)生差異剪接的基因功能注釋為蛋白質(zhì)的折疊和DNA修復(fù)等管家基因，而發(fā)生差異剪接的基因功能注釋為響應(yīng)

4、離子脅迫、細(xì)胞壁的修復(fù)以及細(xì)胞膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)等。
　　3.低硼脅迫下，硼高效品種青油10號(hào)中共鑒定512個(gè)差異剪接基因，而硼低效品種Westar10中共鑒定138個(gè)差異剪接基因，并且差異剪接事件發(fā)生的剪接類型比例同樣符合:內(nèi)含子保留＞3'選擇性剪接＞5'端選擇性剪接＞外顯子跳躍。在青油10號(hào)中檢測到313個(gè)品種特異的差異剪接基因，功能注釋為絲氨酸/精氨酸富集蛋白(SR)剪接調(diào)控因子和轉(zhuǎn)錄因子等。對低硼脅迫下青油10號(hào)和Westar10

5、中差異剪接基因進(jìn)行KEGG代謝通路分析，發(fā)現(xiàn)青油10號(hào)根中差異剪接基因功能注釋為在糖酵解（如BnaC05g18490D）、三羧酸循環(huán)（如BnaC08g29490D）、淀粉和蔗糖等代謝途徑中發(fā)揮作用，新葉中差異剪接基因功能注釋在戊糖磷酸途徑和糖酵解途徑（如BnaC05g18490D、BnaA06g20750D）中，老葉中差異剪接基因功能注釋在糖酵解途徑(如BnaC05g18490D、BnaA06g20750D)中發(fā)揮作用;Westar10

6、根中差異剪接基因功能注釋在核糖體蛋白代謝途徑，新葉中差異剪接基因功能注釋在過氧化物酶體及AMPK信號(hào)途徑中，老葉中差異剪接基因注釋在淀粉和蔗糖代謝（如BnaA02g29830D）、氨基酸糖和核苷酸糖代謝（如BnaC07g18010D）、戊糖磷酸途徑(如BnaC05g18490D)中起著作用。
　　4.將差異剪接基因和差異表達(dá)基因結(jié)合分析，發(fā)現(xiàn)一些基因共同發(fā)生差異剪接和差異表達(dá)，但所占比例較少約為差異表達(dá)基因的0.06％。對發(fā)生差異

7、剪接和差異表達(dá)的基因進(jìn)行功能注釋，結(jié)果表明差異剪接基因和差異表達(dá)基因具有不同的功能，如只有差異剪接基因功能注釋在mRNA加工過程和輔酶A代謝過程等功能上，只有差異表達(dá)基因富集在細(xì)胞壁形態(tài)和碳水化合物代謝等功能上;但是部分差異剪接基因和差異表達(dá)基因功能注釋功能相同，如在葡萄糖代謝(如BnaA06g17710D)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（如BnaA07g33860D）等過程中。這表明甘藍(lán)型油菜硼高效和低效品種響應(yīng)缺珊脅迫時(shí)，差異剪接基因和差異表達(dá)基因的調(diào)

8、控不是兩個(gè)獨(dú)立過程，一些與硼脅迫相關(guān)的基因由轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平共同調(diào)控。
　　5.低硼脅迫時(shí)，青油10號(hào)和Westar10中鑒定出四個(gè)發(fā)生差異剪接的SR剪接調(diào)控因子BnaC06g14780D、BnaA01g14750D、BnaC01g41640D和BnaA06g15930D,基于該四個(gè)SR剪接因子的表達(dá)量，利用生物信息學(xué)軟件進(jìn)行預(yù)測結(jié)果表明BnaC06g14780D為響應(yīng)低硼脅迫的重要的調(diào)控因子。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該基因可與響應(yīng)低