為了進(jìn)一步研究OsCAT3的分子機(jī)制及分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò),利用基因芯片對WT和OsCAT3_crispr幼苗進(jìn)行了全基因組分析。本研究利用CRISPR/cas9技術(shù)敲除過氧化氫酶基因OsCAT3,獲得的轉(zhuǎn)基因植株OsCAT3_crispr。利用基因芯片技術(shù)分析發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因植株OsCAT3_crispr中差異表達(dá)基因共8 812個,其中4 580個表達(dá)上調(diào),4 232個表達(dá)下調(diào)。對差異表達(dá)基因進(jìn)行GO和KEGG富集分析發(fā)現(xiàn),差異基因在毒素代謝以及光合作用相關(guān)的途徑中顯著富集,表明水稻過氧化氫酶基因OsCAT3可能與毒素代謝和光合作用途徑有關(guān)。本試驗(yàn)對OsCAT3_crispr進(jìn)行基因芯片分析得到了大量的差異基因,對深入了解過氧化氫酶基因調(diào)控機(jī)制有重要的意義。 

【文章來源】：分子植物育種. 2020,18(14)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

差異表達(dá)基因的GO分類

下調(diào)表達(dá)最大基因(表3)Os06g0625400(SPP)與葉綠體的發(fā)生和組裝、葉發(fā)育、根發(fā)育有關(guān)，它參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的葉綠體的前體的形成(江芳等,2016,植物生理學(xué)報(bào),52(8):1214-1222)。NYC1是葉綠素b還原酶基因，在轉(zhuǎn)基因植株中表達(dá)下調(diào)，該基因主要與葉片衰老過程中光捕獲復(fù)合體Ⅱ(Light-harvesting protein complexⅡ,LHCII)和葉綠體基粒的降解密切相關(guān)(Shen et al.,2019)。推測OsCAT3可能調(diào)節(jié)光合作用網(wǎng)絡(luò)來影響水稻生長發(fā)育，這可能是導(dǎo)致陽性轉(zhuǎn)基因苗OsCAT3轉(zhuǎn)基因水稻植株呈現(xiàn)葉片干枯、有白斑、呈明顯的病葉狀的主要原因。對差異基因進(jìn)行GO term分類分析，差異表達(dá)基因的分布范圍廣泛，除了參與細(xì)胞膜與質(zhì)膜的組成還參與物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞，在生物過程分類中，共存在9個基因與植物抗毒素有關(guān)。植物毒素是植物受到生物或者非生物因子的侵害時體內(nèi)合成并積累的一類低分子物質(zhì)，可以抵御病害的感染。對馬鈴薯進(jìn)行過氧化氫處理發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)了植物抗毒素的產(chǎn)生。推測OsACT3敲除導(dǎo)致過氧化氫的積累，誘導(dǎo)了植物抗毒素的合成。

在上調(diào)差異表達(dá)前10的基因中(表2),5個基因Os03g0245800(FC=1 122.57)、Os04g0107900(FC=1 046.06)、Os03g0267000(FC=414.29)、Os03g0745000(FC=353.95)和Os04g0445100(FC=916.65)均屬于熱激蛋白Hsps基因家族，該基因家族受熱脅迫時會誘導(dǎo)合成一類熱應(yīng)激蛋白，保護(hù)細(xì)胞免受進(jìn)一步的損害。Zou等(2009)用RT-PCR分析水稻中的9個熱激蛋白的表達(dá)模式，其結(jié)果表明這9個OsHSP基因在植物的發(fā)育和生物脅迫中有重要作用(Ruibal et al.,2013)。推測OsCAT3可能通過調(diào)控OsHSP基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因水稻OsCAT3crispr的抗熱脅迫能力。其余5個基因分別編碼DnaK家族蛋白質(zhì)、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶GSTU6及兩個未知蛋白。下調(diào)表達(dá)前10的基因包括(表3)：水稻基質(zhì)加工肽酶基因Os06g0625400(差異倍數(shù)FC=-83.33)；植物特異性結(jié)構(gòu)域TIGR01589家族蛋白Os05g0462000(FC=-80.00);2個蛋白酶抑制劑/種子貯藏/LTP家族蛋白前體Os03g0718800(FC=-56.50)、Os03g0718800(FC=-34.97);2個鋅指家族蛋白Os06g0141200(FC=-44.44)、Os06g0141200(FC=-34.97)；金屬硫蛋白基因Os05g0111300(FC=-37.31);NADH-谷氨酸合酶基因Os05g0555600(FC=-36.50)；脂氧合酶基因Os02g-0194700(FC=-34.72)。差異倍數(shù)最大的基因編碼水稻基質(zhì)加工肽酶，該基因參與植物光合作用機(jī)制，與葉綠體的生物發(fā)生和組裝有關(guān)，影響葉綠體的發(fā)育(Yue et al.,2010)。NADH-谷氨酸合酶基因、脂氧合酶基因和葉綠體或者葉綠體類囊體的發(fā)育形成有關(guān)(Chen et al.,2017)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CRISPR/Cas9介導(dǎo)靶向敲除水稻過氧化氫酶基因OsCAT[J]. 曾嘉麗,歐陽林娟,劉家林,賀浩華,朱昌蘭,彭小松,賀曉鵬,傅軍如,陳小榮,邊建民,徐杰,孫曉棠,周大虎,胡麗芳.  分子植物育種. 2018(12)
[2]水稻抗非生物逆境功能基因的發(fā)掘[J]. 王勝昌,涂海甫,胡丹,吳奈,岑祥,熊立仲.  生命科學(xué). 2016(10)



本文編號：3321414