【目的】葉片寬度和長度等葉形特性是決定植株形態(tài),進而影響種植密度的重要農(nóng)藝性狀,通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)篩選并挖掘玉米葉片形態(tài)建成相關(guān)的代謝路徑及調(diào)控基因,為深入認(rèn)識葉片發(fā)育的分子機理和鑒定葉寬、葉長候選基因奠定基礎(chǔ)�！痉椒ā恳詷O端窄葉自交系NL409和寬葉自交系WB665為材料,利用RNA-Seq技術(shù)鑒定7葉期第七片葉近基部的差異表達基因（DEGs）,通過生物信息學(xué)分析,篩選與葉片發(fā)育密切相關(guān)的代謝通路,利用qRT-PCR驗證不同激素路徑葉形相關(guān)基因的表達結(jié)果,并結(jié)合啟動子區(qū)域的序列差異挖掘葉形功能基因�！窘Y(jié)果】分析對照（WB665）和樣品（NL409）高通量測序結(jié)果,在葉寬形成關(guān)鍵部位共篩選出5 199個DEGs,其中,2 264（43.55%）個基因表達上調(diào),2 935（56.45%）個基因下調(diào)表達,下調(diào)基因明顯多于上調(diào)基因;GO功能富集分析表明,差異基因主要富集在細胞膜相關(guān)的細胞組分中,涉及代謝過程和細胞響應(yīng)刺激;KEGG富集分析表明,差異基因主要參與到核糖體、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、苯丙烷類代謝、乙醛酸和二羧酸代謝等過程,其中核糖體、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、鞘脂類代謝下調(diào)表達基因較多的路徑與葉... 

【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2020,53(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：17 頁

【部分圖文】：

自交系NL409（左）和WB665（右）穩(wěn)定時期的葉片

GO功能分析表明，差異表達基因被注釋到24個生物過程、22個細胞組分、19個分子功能類別中，差異基因主要富集在細胞膜相關(guān)的細胞組分中。其中生物過程顯著富集在次生代謝、花粉雌蕊相互作用、花粉識別、防衛(wèi)反應(yīng)和細胞識別5個過程（圖3）；細胞組分分析中差異基因顯著富集在細胞外緣、質(zhì)膜、細胞膜固有成分、細胞膜基本成分、膜部分、共質(zhì)體、胞間接合和胞間連絲等10個組分類別（圖4）；分子功能顯著富集在單加氧酶活性、氧化還原活性、催化活性、纖維素合成酶活性、ADP結(jié)合、碳水化合物結(jié)合、鐵離子結(jié)合、葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性等19個類別（圖5）。利用MapMan工具對差異表達基因進行pathway富集分析，差異基因被注釋到125條代謝通路中，主要涉及生物合成、能量代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及次生代謝。以P-value≤0.05為篩選標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)這些基因顯著富集到11條代謝路徑（表3），其中核糖體路徑富集差異基因數(shù)目最多達到83個，37個基因表達上調(diào)，46個基因下調(diào)表達；其次，植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路富集57個差異基因，24個基因上調(diào)，33個基因下調(diào)；苯丙烷類代謝路徑18個基因上調(diào)，15個基因下調(diào)；乙醛酸和二羧酸代謝通路15個基因上調(diào)，10個基因下調(diào)；谷胱甘肽代謝路徑13個基因上調(diào)，10個基因下調(diào)；鞘脂類代謝路徑2個基因上調(diào)，11個基因下調(diào)（表4）；油菜素內(nèi)酯生物合成路徑4個基因上調(diào)，3個基因下調(diào)（表5）；類黃酮生物合成路徑6個基因上調(diào)，2個基因下調(diào)；苯并惡唑嗪類生物合成和苯乙烯類、二芳庚酸類、姜酚類生物合成通路也富集到較多差異基因，分別有7個和5個基因下調(diào)表達�；诓煌x通路中基因上下調(diào)比例，推斷核糖體、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、鞘脂類代謝這些基因下調(diào)表達較多的路徑可能與葉片發(fā)育，尤其是窄葉的形成密切相關(guān)。

利用MapMan工具對差異表達基因進行pathway富集分析，差異基因被注釋到125條代謝通路中，主要涉及生物合成、能量代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及次生代謝。以P-value≤0.05為篩選標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)這些基因顯著富集到11條代謝路徑（表3），其中核糖體路徑富集差異基因數(shù)目最多達到83個，37個基因表達上調(diào)，46個基因下調(diào)表達；其次，植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路富集57個差異基因，24個基因上調(diào)，33個基因下調(diào)；苯丙烷類代謝路徑18個基因上調(diào)，15個基因下調(diào)；乙醛酸和二羧酸代謝通路15個基因上調(diào)，10個基因下調(diào)；谷胱甘肽代謝路徑13個基因上調(diào)，10個基因下調(diào)；鞘脂類代謝路徑2個基因上調(diào)，11個基因下調(diào)（表4）；油菜素內(nèi)酯生物合成路徑4個基因上調(diào)，3個基因下調(diào)（表5）；類黃酮生物合成路徑6個基因上調(diào)，2個基因下調(diào)；苯并惡唑嗪類生物合成和苯乙烯類、二芳庚酸類、姜酚類生物合成通路也富集到較多差異基因，分別有7個和5個基因下調(diào)表達�；诓煌x通路中基因上下調(diào)比例，推斷核糖體、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、鞘脂類代謝這些基因下調(diào)表達較多的路徑可能與葉片發(fā)育，尤其是窄葉的形成密切相關(guān)。圖4 差異表達基因顯著富集的細胞組分

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同密度下玉米倒伏相關(guān)性狀與產(chǎn)量的研究[J]. 郭書磊,陳娜娜,齊建雙,岳潤清,韓小花,燕樹鋒,盧彩霞,傅曉雷,郭新海,鐵雙貴.  玉米科學(xué). 2018(05)
[2]玉米葉形相關(guān)性狀的Meta-QTL及候選基因分析[J]. 郭書磊,張君,齊建雙,岳潤清,韓小花,燕樹鋒,盧彩霞,傅曉雷,陳娜娜,庫麗霞,鐵雙貴.  植物學(xué)報. 2018(04)
[3]玉米光合突變體hcf136（high chlorophyll fluorescence 136）的轉(zhuǎn)錄組分析[J]. 吳慶飛,秦磊,董雷,丁澤紅,李平華,杜柏娟.  作物學(xué)報. 2018(04)
[4]基于轉(zhuǎn)錄組分析蘋果水楊酸特異響應(yīng)基因MdWRKY40的啟動子鑒定[J]. 邱化榮,周茜茜,何曉文,張宗營,張世忠,陳學(xué)森,吳樹敬.  中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2017(20)
[5]2005—2016年中國玉米種植密度變化分析[J]. 明博,謝瑞芝,侯鵬,李璐璐,王克如,李少昆.  中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2017(11)
[6]Overexpression of the maize GRF10, an endogenous truncated growth-regulating factor protein, leads to reduction in leaf size and plant height[J]. Lei Wu,Dengfeng Zhang,Ming Xue,Jianjun Qian,Yan He,Shoucai Wang.  Journal of Integrative Plant Biology. 2014(11)
[7]葉發(fā)育的遺傳調(diào)控機理研究進展[J]. 崔曉峰,黃海.  植物生理學(xué)報. 2011(07)
[8]Arabidopsis RAV1 is down-regulated by brassinosteroid and may act as a negative regulator during plant development[J]. Yu Xin HU~*, Yong Hong WANG~*, Xin Fang LIU, Jia Yang LI~(**) Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China..  Cell Research. 2004(01)



本文編號：3469349