玉米胚乳發(fā)育動態(tài)的轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、玉米是世界上最重要的農(nóng)作物之一，被廣泛用于食品加工、動物飼料和工業(yè)原料。成熟玉米籽粒由胚、胚乳和種皮三部分組成，其中胚乳作為籽粒的營養(yǎng)貯藏部分，占到了成熟籽粒重量的80％～85％，同時胚乳細(xì)胞的發(fā)育、增殖和淀粉的積累情況決定了籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，深入探究影響玉米胚乳細(xì)胞發(fā)育變化的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制對提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，以及保證世界的糧食安全有著重要的意義。轉(zhuǎn)錄組作為連接基因組和蛋白組的關(guān)鍵紐帶，對解析玉米胚乳發(fā)育的動態(tài)過程和探究胚乳發(fā)育

2、的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制具有重要的作用。迄今為止，在全基因組范圍內(nèi)對玉米胚乳發(fā)育動態(tài)的轉(zhuǎn)錄組研究仍是不全面的，尤其是對基因可變剪接和表達(dá)變化研究仍鮮有報(bào)道。本文利用RNA-seq技術(shù)對陜單609授粉后第5、10、15和20天的胚乳樣品進(jìn)行了測序，全面分析了四個胚乳發(fā)育時期的基因可變剪接、表達(dá)和功能變化，以及淀粉合成代謝相關(guān)酶的進(jìn)化、表達(dá)和功能之間的關(guān)系。研究結(jié)果進(jìn)一步完善了玉米籽粒發(fā)育相關(guān)基因在轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)信息，為闡明玉米胚乳發(fā)育的關(guān)鍵的調(diào)控

3、機(jī)制和代謝網(wǎng)絡(luò)提供了重要線索，為加速高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玉米新品種的選育提供了有效的參考依據(jù)。研究結(jié)果如下:
　　1.通過對胚乳發(fā)育四個時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，鑒定了11，010個蛋白編碼基因的44，973處可變剪接事件。根據(jù)剪接方式劃分為6種類型，其中內(nèi)含子保留是胚乳基因經(jīng)歷的主要可變剪接類型，外顯子跳躍為第二類主要可變剪切類型。根據(jù)可變剪接發(fā)生的時期特點(diǎn)，可進(jìn)一步將可變剪接事件分為單一類型可變剪接和多元類型可變剪接，并且這兩種類型的可變剪接

4、對應(yīng)的基因集在生物學(xué)功能上存在顯著差異。
　　2.分析轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)豐度發(fā)現(xiàn)，有2，504個假定基因在陜單609胚乳發(fā)育四個時期發(fā)生表達(dá)，并在多個數(shù)據(jù)庫中獲得最佳功能注釋。同時，在授粉后5、10、15和20天的胚乳中，分別檢測到20，777、21，923、21，488和21，648個基因發(fā)生表達(dá)，其中405、773、766和643個基因分別為時期特異性表達(dá)基因，18，072個基因?yàn)樗膫€時期的共表達(dá)基因，1，945個基因?yàn)樽⑨尩霓D(zhuǎn)錄因

5、子。
　　3.不同發(fā)育時期間的差異表達(dá)分析，鑒定了7，633個差異表達(dá)基因，其中包含了來自50個轉(zhuǎn)錄因子家族的473個差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子。同時，利用數(shù)學(xué)模型將7，633個差異表達(dá)基因進(jìn)一步劃分為15個不同的表達(dá)趨勢，并鑒定了淀粉生物合成、脂類生物合成、刺激反應(yīng)等多個胚乳發(fā)育的關(guān)鍵代謝過程和調(diào)控機(jī)制。
　　4.根據(jù)玉米中淀粉代謝相關(guān)酶的功能和先前的研究，構(gòu)建了玉米胚乳中簡化的淀粉合成代謝途徑，并通過進(jìn)化分析進(jìn)一步揭示了玉米中淀粉