水稻代謝組的生化及遺傳基礎(chǔ)研究.pdf

1、植物代謝物對于植物自身和人類的營養(yǎng)健康都非常重要。盡管近年來代謝組學領(lǐng)域的研究有了很大的進展，然而，在植物代謝組的遺傳調(diào)控和自然變異方面很大程度上都是未知的。目前，通過建立MS2T（二級質(zhì)譜標簽）數(shù)據(jù)庫極大地促進了以LC-MS（液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用）為基礎(chǔ)的代謝組學的發(fā)展，同時也利用標準品發(fā)展了廣譜定向的代謝組學研究方法。在此基礎(chǔ)上，我們發(fā)展了一種步進MIM-EPI（多離子監(jiān)測模式-增強子離子掃描）的方法來構(gòu)建MS2T數(shù)據(jù)庫，并且我們通過

2、步進MIM的方法來觸發(fā)二級質(zhì)譜離子的收集。首先，我們總共獲得了698種幾乎沒有重復結(jié)果的二級質(zhì)譜數(shù)據(jù)，并且鑒定了其中的135種代謝產(chǎn)物。然后利用這些MS2T數(shù)據(jù)庫中的代謝物，結(jié)合MRM（多反應(yīng)監(jiān)測模式）對277個定向的代謝產(chǎn)物（包括一些植物激素）進行了相對定量。進一步對這些代謝產(chǎn)物在水稻葉片中的脫水應(yīng)激反應(yīng)和自然變異進行研究，發(fā)現(xiàn)ABA（脫落酸）以及多胺類的物質(zhì)在旱脅迫下有明顯的應(yīng)激反應(yīng)，而碳糖糖基化的黃酮可以作為一種潛在的秈稻和粳稻分

3、型的標簽物質(zhì)來進行研究。這些結(jié)果表明我們新建立的水稻MS2T數(shù)據(jù)庫和廣譜定向的代謝組學研究方法可以作為一個功能基因組學研究的工具。
　　本研究利用RIL（重組自交系）群體，對900多種代謝產(chǎn)物定位了2800多個mQTL（代謝數(shù)量性狀座位），通過分析兩個組織（抽穗期劍葉和發(fā)芽72h種子）的代謝譜及mQTL的定位結(jié)果，揭示了代謝譜的積累模式在不同組織之間的差異，以及控制代謝物含量的復雜的遺傳調(diào)控模式。根據(jù)mQTL定位的結(jié)果，我們進一步

4、結(jié)合轉(zhuǎn)錄組以及生物信息學分析篩選到了24個候選基因，包括一些可以調(diào)控或者影響重要農(nóng)藝性狀和生物學過程的基因，并對其中部分進行了功能驗證。該研究為水稻功能基因組學（特別是代謝組學）研究提供了大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果，深化了人們對水稻代謝組的遺傳基礎(chǔ)的理解，有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁。為了進一步解析水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ)，我們對529份水稻自然品種中所檢測到的840種代謝產(chǎn)物進行了mGWAS（代謝全基因組關(guān)聯(lián)分析）。首先通

5、過自然品種代謝譜的分析，發(fā)現(xiàn)水稻代謝組在種內(nèi)及亞種間存在巨大差異，揭示出逆境應(yīng)答代謝組在亞種分化中的可能作用。進一步對所定位到的數(shù)百個高精度、大效應(yīng)的控制代謝物含量的自然變異位點進行分析，找到了36個影響水稻生長發(fā)育、逆境生理及營養(yǎng)品質(zhì)形成過程重要代謝物的候選基因。在此基礎(chǔ)上，通過遺傳轉(zhuǎn)化及生化分析，鑒定了其中5個基因的功能，并進一步重構(gòu)了水稻逆境抗性及營養(yǎng)成分相關(guān)的重要代謝途徑。該研究成功表明水稻代謝組的遺傳和生化基礎(chǔ)研究可以作為遺傳