發(fā)布時間：2018-03-25 17:24

  本文選題：玉米　切入點：干旱　出處：《新疆農(nóng)業(yè)大學》2015年博士論文

【摘要】：干旱是限制我國玉米生產(chǎn)的主要環(huán)境因子之一。掌握玉米響應干旱脅迫的主要代謝途徑并發(fā)掘有價值的耐旱基因,對玉米耐旱育種具有重要的指導意義。本研究以10份我國生產(chǎn)上常用的骨干玉米自交系為材料,設干旱脅迫處理和正常灌溉處理,使用控制澆水法在雄穗小花分化發(fā)育時期進行干旱脅迫,對雄穗樣品進行轉(zhuǎn)錄組測序。通過分析干旱脅迫處理下差異表達基因,研究雄穗發(fā)育過程中響應干旱脅迫的主要代謝途徑,進而發(fā)掘和鑒選出轉(zhuǎn)錄因子NAC家族中的響應干旱脅迫的SNAC基因。主要研究結(jié)果如下：1.利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對10份自交系干旱脅迫處理與正常灌溉處理發(fā)育雄穗進行RNA測序。結(jié)果顯示每份樣品平均獲得4,692萬個完整的測序片段,有3,410萬個測序片段可以與玉米參考基因序列進行唯一性匹配。20份玉米樣品平均檢測到2.90萬個表達基因,其中平均每份自交系有1,902個是雄穗在干旱脅迫處理下差異表達基因(P"f0.001,錯誤率"f0.001,差異表達倍數(shù)在2倍以上)。2.干旱脅迫下差異表達基因的GO功能分類結(jié)果顯示共有286個顯著富集的功能分類標簽(P0.05),其中參與細胞組分的功能分類標簽有129個,參與生物過程的功能分類標簽有101個,參與分子功能的功能分類標簽有56個。本研究中通過GO分類在分子功能層次注釋了3,121個雄穗中響應干旱的差異表達基因。3.通過分析雄穗響應干旱脅迫的差異表達基因在KEGG數(shù)據(jù)庫中富集的代謝途徑,結(jié)果顯示雄穗在轉(zhuǎn)錄水平上主要通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、能量代謝、碳水化合物代謝、脂類代謝、次級代謝物合成和萜類與聚酮類化合物代謝等途徑來響應干旱脅迫。其中,轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中RNA轉(zhuǎn)錄和EmRNA監(jiān)控途徑顯著富集；能量代謝中光合作用、光合作用-觸角蛋白和氮代謝途徑顯著富集；碳水化合物代謝中戊糖磷酸化和半乳糖代謝途徑顯著富集；萜類和聚酮類化合物代謝中類胡蘿卜素合成、檸檬烯與蒎烯分解和雙萜類合成代謝途徑顯著富集；其它次級代謝產(chǎn)物合成代謝中黃酮類合成和花青素合成代謝等途徑顯著富集；脂類代謝的基因主要在脂肪酸伸長顯著富集并調(diào)控蠟質(zhì)合成過程(P0.05)。4.在干旱脅迫下,玉米雄穗在轉(zhuǎn)錄水平主要通過外顯子連接復合體基因調(diào)控RNPS1和SRm160對干旱脅迫進行響應。在碳水化合物代謝中響應干旱脅迫的主要基因是轉(zhuǎn)化酶基因和6-磷酸果糖激酶基因,包括mn1、ivr2、GRMZM2G095725、 GRMZM2G017991、GRMZM2G398807;在脂類代謝中響應干旱脅迫的主要基因是3-酮脂酰輔酶A合成酶和脂肪酰基輔酶A還原酶基因,包括GRMZM2G409312、 GRMZM2G062718和msh1。5.通過篩選耐旱自交系鐵7922雄穗響應干旱脅迫轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫,發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下ZmNAC010312(P=2.99×10-28)、ZmNAC030295(P=1.61×10-21)、ZmNAC080308(P=1.11×10-10)在干旱脅迫下顯著上調(diào)。進一步通過與模式植物已知功能的NAC基因的序列結(jié)構(gòu)進行比對,發(fā)現(xiàn)三個NAC家族成員與水稻中已知具有抗旱或抗脫水功能基因具有相同的motif結(jié)構(gòu),預測上述三個基因為響應干旱脅迫的耐旱候選SNAC基因。
[Abstract]:Drought is one of the major environmental factors limiting maize production in China. To master the main metabolic response of Maize to drought stress and drought tolerance genes to explore the way of value, has an important guiding significance for drought tolerance in maize breeding. In this study, 10 of China's corn production backbone of commonly used inbred lines as materials, design and processing of drought stress the normal irrigation treatment, control of water use in tassel floret differentiation period of drought stress, transcriptome sequencing of tassel samples. Through the analysis of gene expression difference under drought stress treatment, the main metabolic pathways in response to drought stress on tassel development process, and then explore and discriminating SNAC transcription factor NAC gene in response to drought in the family of stress. The main results are as follows: 1. using transcriptome sequencing of 10 inbred lines under drought stress and normal irrigation development in tassel For RNA sequencing. The results showed that each sample averaged 46 million 920 thousand complete sequencing of the fragments, 34 million 100 thousand fragments can only match the average detection to 29 thousand.20 samples of maize and maize gene expression reference gene sequence, of which the average of each inbred line 1902 is the tassel gene expression under drought stress (difference P "f0.001, f0.001, error rate expression ratio of more than 2 times) GO functional classification of gene expression under drought stress difference.2. the result showed that there were 286 significantly enriched functional classification label (P0.05), which involved in the function of classification and labelling of cell components are 129, functional classification labels involved in biological process 101, functional classification labels involved in molecular function 56. In this study, through the GO classification at the molecular level annotation function gene expression.3. response to drought and the difference of the 3121 tassels Analysis of tassel difference in response to drought stress the expression of metabolic pathway genes in the KEGG database showed that enrichment of the tassel at the transcriptional level mainly through transcriptional regulation, energy metabolism, carbohydrate metabolism, lipid metabolism, and the way of polyketide compounds metabolism and biosynthesis of secondary metabolites and terpenoids in response to drought stress. Among them, transcription the regulation of RNA transcription and EmRNA control approach is significantly enriched in energy metabolism; photosynthesis, photosynthesis and nitrogen metabolism of antenna protein significantly enriched; pentose phosphorylation and galactose metabolic pathways of carbohydrate metabolism were significantly enriched in class; terpenoids and polyketide metabolism of carotenoids synthesis, limonene and pinene decomposition and diterpene the synthesis pathway is significantly enriched; synthesis and metabolism of other secondary metabolites of flavonoids synthesis and anthocyanin synthesis metabolism significantly enriched Lipid metabolism; gene in fatty acid elongation significantly enriched and regulation of wax synthesis process (P0.05).4. under drought stress, maize tassel at the transcriptional level by exon junction complex gene regulation of RNPS1 and SRm160 in response to drought stress. In carbohydrate metabolism in response to drought stress is the main gene invertase gene 6- and phosphofructokinase gene, including Mn1, ivr2, GRMZM2G095725, GRMZM2G017991, GRMZM2G398807 in lipid metabolism; drought stress response gene mainly is 3- keto acyl coenzyme A synthetase and fatty acyl coenzyme A reductase gene, including GRMZM2G409312, GRMZM2G062718 and msh1.5. through the screening of drought tolerant inbred line 7922 iron tassel in response to drought stress transcriptome database, found under drought stress ZmNAC010312 (P=2.99 * 10-28), ZmNAC030295 (P=1.61 * 10-21), ZmNAC080308 (P=1.11 * 10-10) in drought Under the stress increased significantly. Further through the sequence structure of NAC gene with known function in the model plant for comparison, found three known NAC family members in rice with resistance to dehydration or drought resistant functional genes having the same motif structure, the prediction of these three genes in response to drought tolerant candidate SNAC gene under drought stress.

【學位授予單位】：新疆農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S513;S423

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本文編號：1664118