玉米叶片响应干旱胁迫的转录组和组蛋白甲基化修饰分析

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玉米(Zea mays L.)是世界范围内的重要粮食作物、饲料和工业原料。干旱胁迫严重威胁玉米生产。挖掘新抗旱基因、培育抗旱玉米新品种是减少干旱胁迫危害的有效方法。高通量测序技术的兴起为大规模挖掘抗旱基因提供了新的技术。我们以玉米自交系昌7-2为材料,对三叶期玉米幼苗进行干旱处理,利用RNA-seq和ChIP-seq技术,从全基因组水平分析玉米叶片响应干旱胁迫的转录组和组蛋白修饰水平,鉴定差异表达基因,进行功能注释,最终筛选出一些与玉米抗旱相关的关键候选基因。主要获得以下研究结果:(1)对玉米叶片的RNA-seq数据分析发现,与对照相比,在干旱处理3d的条件下发现1882个差异表达基因,其中上调基因有1244个,下调基因有638个;在干旱处理6 d的条件下发现1054个差异表达基因,其中上调基因有544个,下调基因有510个。对这些差异基因进行功能注释,发现差异表达基因主要与核酸结合转录因子活性、钙离子结合、蛋白激酶活性、叶绿素结合、对激素的反应、氧化还原酶活性、过氧化氢分解代谢过程等有关。(2)对玉米叶片中ChIP-seq数据分析发现,与对照相比,在干旱处理3 d的条件下发现2277个基因的H3K4me3水平发生变化;在干旱处理6 d的条件下发现1868个基因的H3K4me3水平发生变化。对这些差异基因进行功能注释,发现其主要参与细胞组成、核酸模板转录、细胞代谢过程的调节、跨膜运输、对刺激反应的积极调节、无机离子跨膜转运、对生长素的反应等。(3)对玉米叶片的RNA-seq和ChIP-seq数据的关联分析发现,在干旱处理3 d和6 d时分别有115个和59个基因不仅在基因表达水平上发生变化,而且H3K4me3修饰情况也发生变化。对这些基因进行功能注释,发现其主要参与细胞组成、核酸模板转录、细胞代谢过程的调节、跨膜运输、对刺激反应的积极调节、激酶活性、无机离子跨膜转运、对生长素的反应等。本研究分析了在不同程度的干旱胁迫条件下差异表达的基因,这些差异基因参与胁迫信号感知、钙信号转导、ABA信号通路等,为干旱相关的基因的进一步鉴定和功能分析提供了数据基础。此外,在筛选出的差异基因中,尤其是转录因子,是开发耐旱玉米品种的候选基因。
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