玉米中磷酸肌醇代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及相關(guān)基因功能鑒定.pdf

1、磷酸肌醇是一類廣泛存在于植物中的磷脂類化合物，具有重要的生理和生化功能。但是由于缺乏精準(zhǔn)可靠的檢測(cè)方法和系統(tǒng)深入的研究手段，使得人們對(duì)于植物磷酸肌醇的代謝和調(diào)控所知有限。目前植物中已知的有關(guān)磷酸肌醇代謝的基因都是通過低植酸突變體鑒定的，但僅有限的基因被分離鑒定，并且通過突變體鑒定或者QTL定位等手段都難以有新的發(fā)現(xiàn)。為了深入了解磷酸肌醇的代謝調(diào)控，我們以兩個(gè)植酸含量有顯著差異的玉米自交系為材料，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組和小RNA測(cè)序，通過系統(tǒng)生物學(xué)的

2、手段，整合代謝物數(shù)據(jù)，以期能夠解析磷酸肌醇代謝的調(diào)控模式，并搜索新的候選基因。
　　為了準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)定磷酸肌醇，我們建立了能夠同時(shí)檢測(cè)各磷酸肌醇的 IPC/ESI-MS/MS(ion-pair chromatography/tandem mass spectrometry with an electrospray ionization source, or LC-MS/MS)方法。利用這一方法，我們?cè)谝粋€(gè)廣泛的玉米自交系群體中篩

3、選植酸含量有顯著差異的品系，分析了不同發(fā)育時(shí)期全種子和胚中各磷酸肌醇的動(dòng)態(tài)變化。最終選擇B73（高植酸）和Qi319（低植酸）的胚（DAP12，DAP21，DAP30）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和小RNA測(cè)序。整合測(cè)序數(shù)據(jù)和代謝物數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)生物學(xué)角度解析磷酸肌醇的代謝調(diào)控。
　　轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，磷酸肌醇代謝的相關(guān)基因在Qi319中多數(shù)是下調(diào)表達(dá)，其中MIPS和IPK在所選的時(shí)期內(nèi)是持續(xù)下調(diào)的?？勺兗艚?Alternative Spl

4、icing, AS)分析發(fā)現(xiàn)，磷酸肌醇的代謝調(diào)控與AS相關(guān)，ITPK2，MIPS以及肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)體基因都有特定的AS模式，并表現(xiàn)出發(fā)育時(shí)期和品種間的差異。通過分析小RNA的靶標(biāo)，發(fā)現(xiàn)了5個(gè)新的可能參與磷酸肌醇代謝調(diào)控的小RNA。
　　通過WGCNA(Weighted Gene Co-Expression Network Analysis)方法，整合磷酸肌醇代謝物數(shù)據(jù)，構(gòu)建了與代謝物密切相關(guān)的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)：

5、　　1.磷酸肌醇的代謝與Ca2+信號(hào)緊密偶聯(lián)；
　　2. GA(gibberellic acid)信號(hào)以泛素化修飾相關(guān)的F-box蛋白質(zhì)基因?yàn)楣?jié)點(diǎn)，與磷酸肌醇代謝相互作用；
　　3.磷酸肌醇的轉(zhuǎn)運(yùn)與糖類的轉(zhuǎn)運(yùn)具有協(xié)同性；ABCs(ATP-binding cassette transporters)、碳水化合物/肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)體與IP1、MIK的協(xié)同性說明植酸的合成過程的確存在肌醇的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制；
　　4.根據(jù)基因在網(wǎng)絡(luò)中的位置及

6、其到調(diào)節(jié)基因的距離和連接性，結(jié)合GO注釋信息，我們從網(wǎng)絡(luò)中提取了3個(gè)可能參與磷酸肌醇代謝的候選基因。
　　5.分析候選基因直系同源的突變體表型，以及通過 RNAi技術(shù)對(duì)候選基因進(jìn)行功能驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)候選基因的確與種子中磷酸肌醇的含量相關(guān)。
　　這些研究結(jié)果提出了新的磷酸肌醇代謝調(diào)控模式(包括AS，miRNA以及與其他通路的相互作用節(jié)點(diǎn))，并驗(yàn)證了通過網(wǎng)絡(luò)所獲得的相關(guān)基因的功能。這說明通過系統(tǒng)生物學(xué)手段，能充分利用磷酸