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玉米(Zea mays L.)是世界上主要的农作物之一,主要用于食品、饲料、工业等行业,玉米在各行业广泛利用主要得益于玉米籽粒中储藏的大量淀粉,因此玉米胚乳淀粉的合成与积累决定着玉米的产量与品质。淀粉的生物合成主要是由腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucosepyrophosphorylase,AGPase)、淀粉合成酶(Starch synthase,SS)、淀粉分支酶(Starchbranchingenzyme,SBE)及淀粉去分支酶(Starch debranching enzyme,DBE)的共同互相作用下催化完成的。淀粉生物合成是一个复杂的过程,其调控机理尚不清楚。转录因子广泛参与植物次生代谢调控、激素和环境因子的应答,对植物生长发育有重要的调控作用。有研究表明转录因子对淀粉合成相关基因的表达具有调控作用,影响着淀粉的合成和积累;同时,有研究报道淀粉合成相关基因的表达受蔗糖、激素等信号因子调控,但其分子机理的进一步解析还非常有限。本试验以骨干玉米自交系B73为材料,对其授粉后10 d(10 DAP)的胚乳用蔗糖、ABA、蔗糖与ABA进行处理,利用RNA-Seq高通量测序技术对不同处理的玉米胚乳转录组进行测序,分析在不同处理条件下的基因差异表达模式,进一步筛选、鉴定和研究分析响应蔗糖/ABA信号且参与玉米胚乳淀粉合成的转录因子,探讨候选转录因子在淀粉合成途径中的作用及其分子机制,为全面解析淀粉合成调控网络、人工调控玉米淀粉合成、培育高产优质玉米新品种奠定理论、技术和材料基础。主要研究结果如下:1.采用高通量IlluminaHiSeqTM 2000测序平台对Suc,ABA,Suc+ABA及对照(Control)四个处理组的玉米10DAP胚乳进行转录组测序,共获得了 19.3Gb的测序数据,每个处理组样品的测序总核苷酸数均大约为4.8 Gb;共得到214.54百万条reads,平均每个样品获得53.6百万条reads。四个样品中分别至少有75%以上的reads比对到玉米参考基因组,统计reads在参考序列上的分布情况及覆盖度,分析结果表明测序数据可以满足后续分析需要。2.对不同处理组Suc,ABA,Suc+ABA分别与control组比较进行差异表达基因的分析,分别获得2838,9396,4537个差异表达基因。Suc组中上调表达基因有1201个,下调表达基因有1637个,且有805个差异基因特异表达;ABA组中有3181个基因上调,6215个基因下调,有6275个特异表达基因;Suc+AB A组中有1661个上调基因和2876个下调基因,1494个基因特异表达;三个处理组共同具有897个差异表达基因。对这些差异表达基因进行聚类分析,发现蔗糖与ABA对基因表达的调控可能具有协同和拮抗作用。对这些差异表达基因的GO功能和KEGG pathway富集进行分析,表明蔗糖与ABA信号在玉米胚乳发育中参与多个生长发育代谢途径,包括次生代谢产物的生物合成代谢途径,植物信号转导代谢途径,淀粉和蔗糖代谢途径,黄酮类化合物的生物合成代谢途径,脂肪酸代谢等途径。3.测序结果中共有741个差异表达基因被注释到植物转录因子数据库的50个不同转录因子家族中。为了进一步分析这些转录因子在蔗糖/ABA调控玉米胚乳淀粉合成相关基因表达中的功能作用,根据其表达水平及被注释的生物功能,筛选到47个候选转录因子。对其中21个差异表达的转录因子基因和7个淀粉酶基因进行qRT-PCR验证,结果显示与RNA-seq测序数据中表达趋势一致。经过筛选分析,选择被Suc/ABA诱导的两个转录因子ZmEREB156和ZmEREB17,研究其对淀粉合成酶基因的表达是否具有调控作用,初步探讨其调控机理。4.将ZmEREB156和ZmEREB17基因与绿色荧光蛋白的融合表达载体p35S::GFP-ZmEREB156和p35S::GFP-ZmEREB17通过基因枪法分别转化洋葱表皮细胞,通过激光共聚焦显微镜观察,结果表明这两个基因均定位于细胞核中。将ZmEREB156和ZmEREB17构建到酵母表达载体上,并转化酵母感受态细胞AH109进行酵母表达,经X-α-gal筛选并观察发现这两个基因都具有转录激活活性。这些结果表明ZmEREB156和ZmEREB17基因具有转录因子特性。5.通过玉米胚乳瞬时表达分析转录因子ZmEREB156和ZmEREB17对淀粉合成酶基因的启动子活性,LUC/GUS比值的结果表明过表达ZmEREB156能提高Sh2和SSIIIa基因启动子活性,分别提高了约7.6倍和2.4倍;过表达ZmEREB17可以提高SSI基因启动子活性,提高了约1.8倍,揭示了ZmEREB15 和ZmEREB17对淀粉合成酶基因(Sh2/SSIIIa/SSI)的表达具有调控作用。6.通过对玉米胚乳淀粉合成相关基因启动子(Sh2/SSIIIa/SSI)进行分析发现启动子中含有种子特异存在的元件、响应蔗糖或ABA的顺式作用元件和与AP2/ERF转录因子绑定的某些元件,进一步用酵母单杂试验分析,结果表明ZmEREB156与SSIIIa启动子具有结合作用,而与Sh2启动子没有直接结合的作用;ZmEREB17与SSI具有结合作用,这些结果表明ZmEREB156和ZmEREB17可能分别通过与SSIIIa和SSI启动子中元件结合来调控其表达,而ZmEREB156对Sh2的调控作用比较复杂,可能通过与其他转录因子的互作来间接起到调控作用。