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茎特异表达基因EST测序分析及RNA微阵列验证

于凤池

  茎在植物体内水分、无机盐和有机物质的运输中发挥功能,并对水稻的产量和品质具有重大的决定作用。为了对水稻茎中基因表达谱和茎特异基因有一更好地了解,我们以水稻4—5叶期茎为实验材料构建cDNA文库,并对其进行EST测序和生物信息学分析,发现一些高丰度表达基因,为验证这些基因是否为茎特异性基因,选取9个EST克隆为探针,与容量为755个不同水稻表型的RNA微阵列杂交。本研究主要结果如下:1.从水稻茎cDNA文库中随机挑取4704个克隆进行3’端测序,共获得3652条可读序列,经生物信息学分析,共获得2683条有效ESTs,并对其中2485条3’端具Poly(A)尾的ESTs作进一步分析;另外2630条序列已被GenBank收录。2.本研究利用自主开发的分析软件DNAuser,结合人工精确判断,对2485条具有Poly(A)尾的序列进行了冗余度分析,共获得1903条独立基因,占全部序列的76.6%。其中低丰度表达基因1591条,占独立基因总数的83.6%;中丰度表达基因282条,占独立基因总数的14.8%;高丰度表达基因30条,占独立基因总数1.6%,其中最高的包含21个ESTs。说明在水稻茎组织中表达的基因绝大部分呈中、低丰度表达。3.1903条独立基因与GenBank水稻数据库进行BLASTn比对,首次建立了水稻茎组织特异表达基因数据库。通过对数据的分析发现,新基因1066条,占56.0%;功能已知基因353条,占18.5%;有染色体定位信息的基因593条,占31.2%;既有功能注释又有染色体定位的基因109条,占5.7%。说明水稻茎组织中大部分基因为新基因,意味着大量基因可能在水稻茎组织中特异表达。4.结合拟南芥基因功能分类方法,将353条有功能注释基因划分为11大类:蛋白合成和降解基因(PRO,21.6%)、代谢基因(MET,17.3%)、能量基因(ENG,13.5%)、逆境反应基因(RES、12.9%)、信号转导基因(COM,8.3%)、功能分类不明确基因(MIS,7.6%)、转录基因(SCR,7.6%)、细胞结构相关基因(BIO、5.5%)、细胞生长、分裂和DNA合成基因(GRO,1.3%)、细胞内运输基因(TRA、4.3%)和发育基因(DEV、0.1%)。5.在高丰度表达且有功能描述的基因中,发现叶绿体a/b结合蛋白(light harvesting chlorophyll a/b-binding protein)基因表达丰度最高,表达频率为21,其次为伸长因子(EF-lalpha)和脱落酸和逆境诱导蛋白(abscisic acid and stress。inducibleprotein人表达频率均为14。另外有富脯氨酸蛋白中rolineichprotein,PRPRP)、微管蛋白(alpha-帅"lin)、月类转t蛋白(hpidtransfer protein,LTPL高度移动性群体蛋白伪igh mobility gTOUp protein,HMG)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)等 20个基因。6.RNA微阵列杂交结果表明,高度移动性群体蛋白、伸长因子和过氧化氢酶存在共调控表达;高度移动性群体蛋白在各表型中表达变化波动不大,是看家基因;脂类转运蛋白和富脯氦酸蛋白的基因表达谱具很大的相似性;叶绿素a/b结合蛋白在叶中高丰度表达且受光诱导,是与光合作用相关基因。各基因在水稻不同部位(根、茎、叶)基因表达情况分析表明,微管蛋白在茎和根中都具有较高的表达丰度,说明根的纤维化和茎的木质化是同一生化过程;脱落酸和逆境诱导蛋白在茎中高丰度表达,易于为环境因子所诱导,在茎中不能组成型稳定表达,不能认为是茎中特异性基因;富脯氨酸蛋白在茎中具有较高的表达丰度;叶绿素ajb结合蛋白在茎中高丰度表达,且具有一定的光节律现象,说明茎也是光合作用的主要器官,且茎中可能有其特异的叶绿素ajb结合蛋白。……   
[关键词]:水稻;;表达序列标签;表达谱;RNA微阵列
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2003年