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芸薹属多倍体植物种子的基因表达研究

刘争一

  多倍化是植物中的普遍现象,在进化中起着至关重要的作用。多倍化过程中,会发生DNA丢失、同源重组、基因转换和DNA甲基化等一系列的基因组变化,以克服异源多倍体引发的不相容性。近年来众多学者已经研究了各种多倍体植物中存在的基因表达变化。多倍体油菜作为一种重要的油料作物,在人类生活中有重要作用。高通量测序方法近年来在组学研究中被普遍应用,是一种非常高效实用的手段。在本研究中,使用人工合成的具有明确亲本关系的芸薹属六倍体,通过高通量测序得到了六倍体及其亲本(白菜型油菜和埃塞俄比亚芥)种子两个后期成熟阶段的转录组,以研究芸薹属六倍体种子相对于亲本的基因表达变化,并通过实时荧光定量PCR验证了测序结果的准确性。测序共得到805116806条reads,匹配到40142个基因。根据差异倍数≥5倍且Padj≤0.05的标准对差异表达基因进行鉴定,在绿熟期,芸薹属六倍体与白菜型油菜之间有2085个差异表达基因,和埃塞俄比亚芥之间有1265个差异基因;在完熟期,六倍体与白菜型油菜和埃塞俄比亚芥之间各有2649个和1491个差异表达基因。其中大多数差异表达基因在芸薹属六倍体种子中与其亲本相比表达水平上调。在完熟期,芸薹属六倍体种子的表达基因显示出与其亲本更大的差异。鉴定的这些差异表达基因具有广泛的功能,这可能导致了芸薹属六倍体与其亲本之间种子生理和形态上的差异。通过GO注释发现,与“代谢过程”、“细胞过程”和“刺激反应”等功能相关的基因在六倍体种子中大量表达。KEGG通路分析表明,芸薹属六倍体种子中一些基因具有较高的表达水平,这些基因参与“代谢通路”、“RNA转运”和“次生代谢产物的生物合成”等过程,另外,六倍体种子中光合作用相关途径中的基因表达水平要显著高于父本白菜型油菜。此外,预测的转录因子基因家族如G2-like、MYB和mTERF在芸薹属六倍体种子中高丰度表达,可能会促进其对胁迫的抗性。芸薹属六倍体种子在绿熟期和完熟期分别有378个和1011个非加性表达基因,其中超亲表达模式是芸薹属六倍体种子的主要非加性基因表达模式。芸薹属六倍体与其父本白菜型油菜之间的基因表达差异比其与母本埃塞俄比亚芥更显著,这可能部分归因于细胞质和母体效应。在芸薹属六倍体种子成熟的前后两个阶段,基因表达数目在完熟期明显减少,这与生理活性的减弱相一致。另外,六倍体种子在前后两个时期共鉴定了6001个差异表达基因,其中4505个表达下调。在成熟后期,种子中与成熟相关的基因高丰度表达,以调控种子的成熟,促进叶绿素的降解、RFO和LEA蛋白积累等。通过对芸薹属多倍体植物及其亲本种子的基因表达研究,我们对多倍体的基因表达变化有了更加深入的了解,我们的结果可为多倍体植物的适应机制提供有价值的见解。……   
[关键词]:多倍化;基因表达;芸薹属;种子;转录组
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉大学2019年