转录组分析揭示橡胶树苗期生长优势分子机制

发布时间：2020-09-07 08:52

　　 良种良苗是作物高产稳产的基础,具有生长优势的种苗不仅可以缩短苗木出圃时间,还可增加种苗定植后的成活率,因此如何培育出具有生长优势的种苗一直是苗木育种工作重点之一。在影响种苗生长的众多因素中,种苗个体的基因型影响最大。揭示种苗生长势优势分子机理具有重要的意义,它可为培育具有生长优势的种苗提供理论指导。相对于高产、抗逆等研究,对种苗生长势优势分子机理相对较少,在橡胶树中尤为如此。本研究以来自同一亲本且在长势上有显著差异的橡胶树品种文昌11 (WC 11)和保亭3410 (BT3410)为研究材料,对两个橡胶树品种苗期株高和茎粗进行调查和分析。在叶片进行转录组测序、组装、注释基础上,在转录组水平大规模鉴定橡胶树苗期差异表达基因(苗期生长相关基因),并对苗期生长相关基因进行注释、GO和KEGG分析,并筛选橡胶树生长相关候选基因,在转录组水平解析橡胶树苗期生长势优势分子机理。主要研究结果如下:(1)研究对BT 3410和WC 11 一年生苗株高和茎粗进行了测定,结果如下:BT 3410和WC 11一年生苗株高分别为353.8 ± 20.2和258.6 ± 13.9厘米,茎粗分别为8.82 ± 0.32和6.57 ± 0.21厘米。与WC11相比,BT 3410表现出明显生长优势。(2)研究组装了两个亲本(RRIM 600和PR 107)及两个亲本后代(WC11和BT3410)转录组测序数据,共获得152231个单一基因,单一基因平均长度为731 bp,N50长度为1193 bp。功能注释结果显示,在152231个单一基因中,有96971个基因至少在Nr、Nt和Pfam等7个数据库中的一个数据库得到注释,基因注释成功率为63.69%。52096个单一基因在GO数据库中得到注释,在分子功能、细胞成分和生物过程中占第一位的分别结合、细胞和细胞过程;28265个单一基因在KEGG数据库中得到注释,排在前三位的KEGG途径分别为翻译、信号转导和碳代谢;28773个单一基因在KOG数据库中得到注释,一般性功能预测占第一位,接下来是翻译后修饰,蛋白周转和蛋白伴侣、信号转导机制、翻译,核糖体结构和生物发生;以上分析结果充分说明橡胶树叶片中存在活跃的碳代谢和信号转导过程,这与叶片光合作用和物质运输等密切相关。(3)以四个品种组装的152231个单一基因参照转录组,将BT 3410和WC 11测序数据分别比对到参照转录组,用DESeq R软件包鉴定两个品种差异表达基因。以padj≤0.05为阈值,共有1066个基因在BT 3410和WC 11中差异表达,与WC 11相比,BT 3410中上调和下调的基因数分别为588和478个。选取30个苗期生长相关基因进行实时定量荧光RT-PCR分析,所有基因表达模式均与RNA-seq分析结果一致,说明本研究鉴定的苗期生长相关基因结果可靠。(4)GO terms和KEGG分析发现,苗期生长相关基因包含在44个GO terms中,且在代谢过程、单生物过程和催化活性中显著富集。KEGG途径分析发现,苗期生长相关基因分布在95个KEGG途径中,近58%的基因集中在代谢途径中。有趣的是,苗期生长相关基因在代谢途径中的黄酮和黄酮醇生物合成、类黄酮生物合成、花色素苷生物合成、DDT降解和亚油酸代谢及生物系统中的植物病原菌互作途径中显著富集。上述富集GO terms和KEGG分析结果表明以上途径中的苗期生长相关基因与橡胶树苗期生长优势密切相关,在调控苗期生长中发挥重要作用。(5)与前人在其它物种中的研究结果一致,与WC 11相比,BT3410中碳水化合物代谢、激素代谢基因和氧化还原相关基因的上调表达,一些防御反应基因下调表达,这与BT 3410苗期具有生长优势一致。
【学位单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S794.1
【部分图文】：

结果明显表明：在ＢＴ邋３４１０和ＷＣ邋１１中，无论是株高还是茎粗都存逡逑在着极显著性差异，因此说明与ＷＣ邋１１相比，ＢＴ邋３４１０—年生苗表现出明显的生逡逑长优势（图３－ｌｂ）。逡逑表３－１邋２个橡胶树品种的树氋和树围测量统计结果逡逑Ｔａｂｌｅ３－１邋Ｓｅｅｄｌｉｎｇ邋ｇｉｒｔｈ邋ａｎｄ邋ｈｅｉｇｈｔ邋ｏｆ邋ｔｎｏ邋ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｒｅｅ邋ｖａｒｉｅｔｉｅｓ．逡逑Ｖａｒｉｅｔｉｅｓ逦Ｇｉｒｔｈ邋（ｃｍ）逦Ｈｅｉｇｈｔ邋（ｃｍ）逡逑ＢＴ３４１０逦８．８２邋±０．３２逦３５３．８邋±２０．２逡逑ＷＣ邋１１逦６．５７±０．２１逦２５８．６邋±邋１３．９逡逑注：在表三中，分别是橡胶树ＢＴ３４１０和ＷＣ１１的树围和树高调查结果。逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑ＴｊｉｒｌＸ邋ＰＢ８６邋ＬＣＢ邋５１０邋４００邋Ｓｒ，逦．．．逡逑Ｉ逦Ｉ邋：逦｜逦■逡逑ＲＲＩＭ６００邋Ｘ邋ＰＲ邋１０７逦§２０ｊ逦－逡逑１１１Ｌ逡逑ＢＴ邋３４１０逦ＷＣ邋１１逦０逦Ｓ邋Ｓｒ邋？？－逡逑图３－２四个橡胶树品种的遗传背景及橡胶树的株氋和茎粗的显著差异分析。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ｇｅｎｅｔｉｃ邋ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，邋ｓｅｅｄｌｉｎｇ邋ｇｉｒｔｈ邋ａｎｄ邋ｈｅｉｇｈｔ邋ｏｆ邋ｆｏｕｒ邋ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｒｅｅ邋ｖａｒｉｅｔｉｅｓ．逡逑注：（ａ）图为用于进行实验的橡胶树ＰＲＩＭ邋６００、ＰＲ邋１０７、ＢＴ邋３４１０、ＷＣ１１品种的遗传背景逡逑关系图。（ｂ）图为ＢＴ邋３４１０、ＷＣ邋１１的株高和茎粗显著性差异分析结果。数据采用单因素方差逡逑分析后

功能数据库，ＫＥＧＧ分析可进一步解析基因功能及基因相互关系。在１５２２３１个逡逑单一基因中，２８２６５个在ＫＥＧＧ数据库中得到注释，排在前三位的ＫＥＧＧ途径逡逑分别为翻译、信号转导和碳代谢（图３－６）。以上分析结果充分说明橡胶树叶片中逡逑存在活跃的碳代谢和信号转导过程

图３４邋ＫＥＧＧ代谢通路分析图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ３－６邋ｔｈｅ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＫＥＧＧ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ逡逑注：纵坐标为ＫＥＧＧ代谢通路的名称，横坐标为注释到该通路下的基因个数及其占被注释逡逑上的基因总数的比例。将基因根据参与的ＫＥＧＧ代谢通路可以分为５个分支：Ａ、细胞过程逡逑Ｂ、环境信息处理Ｃ、遗传信息处理Ｄ、代谢Ｅ、有机系统等。其中详细的数据信息见附录逡逑表邋３－５邋0逡逑３．５邋ＢＴ邋３４１０和ＷＣ邋１１差异表达基因鉴定及ｑＲＴ－ＰＣＲ验证逡逑３．５．１邋ＢＴ邋３４１０和ＷＣ邋１１差异表达基因鉴定逡逑以组装得到的１５２２３１个单一基因参照转录组，将ＢＴ邋３４１０和ＷＣ邋１１高通量逡逑测序数据分别比对到参考转录组，用ＤＥＳｅｑＲ软件包鉴定两个品种差异表达基逡逑因。以ｐａｄ＿ｊ邋５邋０．０５为阈值，共有１０６６个基因在ＢＴ邋３４１０和ＷＣ邋１１中差异表达，逡逑与ＷＣ邋１１相比，ＢＴ３４１０中上调和下调的基因数分别为５８８和４７８个。因ＷＣ邋１１逡逑和ＢＴ邋３４１０来自同一亲本，遗传背景相似，以上鉴定的两个品种间的差异表达基逡逑因（苗期生长相关基因）可能与苗期生长密切相关。逡逑３．５．２第一链ｃＤＮＡ模板的获取及检测逡逑

【参考文献】

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本文编号：2813125