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棉花纤维发育伸长期和次生壁加厚期数字表达谱分析

闫恒超

   棉花是重要经济作物,它不仅提供了世界上绝大部分天然纤维,而且是重要的食用油及蛋白质来源。棉纤维不仅具有重要的经济价值,也是理想的研究细胞伸长和纤维素合成途径的模式细胞。近年来通过大量的表达序列标签(EST)测序和基因芯片表达分析,已经成功分离大量与纤维发育相关基因,并已进行初步的功能验证。但是这些研究主要集中在纤维的起始和伸长发育阶段,而对于纤维的次生壁加厚期,以及纤维伸长期和次生壁加厚期代谢过程的差异研究较少。 从经多年自交创制的196个重组白交系(sGK9708x0-153F6:8)中挑选2个纤维强度差异较大的系(69307和69362),利用不同时期的发育棉铃(10DPA、15DPA、20DPA、23DPA、25DPA)提取棉纤维RNA,建立了9个不同纤维发育时期标签文库,采用最新的测序技术Solexa,对建立的标签文库进行表达谱测序。每个文库进行单独测序,平均每个文库得到约312万个序列标签,进一步对序列标签用Unigene进行基因注释。通过对序列标签进行相互比较发现,在棉纤维发育伸长期和次生壁加厚期中表达的基因不仅在数目上有差异,而且在种类上也有差异,每个纤维发育阶段有大量特异表达基因。通过统计分析,筛选出一些在纤维伸长期具有较高表达量的基因,包括脂类转运蛋白、金属硫蛋白、水通道蛋白PIP-2和长链脂肪酸延伸酶,暗示这些基因可能与纤维伸长发育有关。筛选出纤维次生壁发育期具有较高表达量的基因,包括阿拉伯半乳聚糖、纤维素合成酶、微管蛋白、1,4-β-葡聚糖酶和果糖醛缩酶等,暗示着这些基因可能与纤维次生壁发育有关。同时我们挑取7个在纤维伸长期和次生壁加厚期存在明显表达差异的基因,采用荧光定量PCR的方法对这7个差异表达的基因进行分析,来检验测序数据的准确性。 通过对测序数据的分析,主要得到以下结论:(1)在纤维发育过程中,占基因种类6%的基因,表达量占总表达量的70%,而62%的基因种类表达量仅仅占总表达量的8%。这意味着某些具有高表达量的基因可能在纤维发育过程中起着重要的作用。(2)通过荧光定量PCR检测在纤维伸长期和次生壁加厚期差异表达的基因(包括β-5微管蛋白、β-7微管蛋白、金属硫蛋白、蔗糖合成酶、纤维素合成酶1、纤维素合成酶2以及水通道蛋白),并与测序结果比较,结果表明虽然在某些纤维发育时期,荧光定量PCR结果和测序结果有小的差异,但是差异基因表达整体趋势两者基本一致,测序结果比较准确。(3)通过对在纤维伸长期和次生壁加厚期差异表达基因进行通道显著性富集分析,表明糖类代谢过程(包括淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、糖酵解以及其他聚糖降解)、细胞骨架调节、信号传导在纤维伸长期和次生壁加厚期存在较大差异。(4)通过比较高纤维强度与低纤维强度在次生壁加厚期(15DPA、20DPA、23DPA)差异表达的基因并做通道富集分析,结果表明苯基丙氨酸代谢、蔗糖合成代谢、细胞骨架调节存在较大差异,暗示着参与此类过程的基因表达丰度的高低可能影响纤维次生壁的发育,并最终影响纤维强度。……   
[关键词]:陆地棉;纤维发育;表达谱
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中农业大学2010年