玉米自交系耐热筛选及转录组测序分析

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玉米(Zea Mays L)是我国主要的几种农作物之一。近些年来,全球平均气温不断升高,极端高温天气频繁发生,导致大面积玉米产量下降。为了应对高温胁迫对玉米生产的威胁,鉴定优异耐高温种质资源、培育耐高温新品种是急迫的现实问题。本实验建立了快速、准确筛选耐热性玉米新种质的方法,并初步筛选出了耐热和高温敏感玉米自交系。然后又对敏感和耐高温自交系进行了 RNA-seq实验,运用生物信息学对测序数据进行分析,主要工作成果如下:(1)利用三种方法筛选耐高温种质,分别为土培、水培和沙培等三种筛选方法。与水培和土培比较,沙培能够节省空间,缩短实验周期,还可以批量进行种质高温筛选鉴定。(2)从鉴定玉米不同株系中筛选到一个高温耐受自交系HY153,已测序玉米自交系B73具有热敏感表型。此外,我们也筛选得到了以W22为遗传背景、具有热敏感表型的mu转座子突变体A5。(3)在玉米三叶期时,45℃处理6h后B73自交系叶片萎蔫变黄,而HY153处理前后表型无明显变化。在高温胁迫下生理指标和光合指标的结果表明高温严重损伤了 B73的光合系统,而HY153受影响较小,B73中过氧化氢和丙二醛含量高于HY153,而脯氨酸含量则是高温耐受自交系HY153显著高于B73。(4)本实验进一步对高温处理的B73和HY153进行RNA-seq测序分析,45℃处理6h后,B73中有4014个差异表达基因,HY153中有7664个差异表达基因,28℃恢复1h,B73中只有840个差异表达基因,HY153中有4870个差异表达基因,两个自交系差异基因都显著富集在内质网膜蛋白质过程,说明内质网蛋白过程对植物响应高温可能很重要;高温胁迫下植物通过降低生长,加强光呼吸消耗能来来保护自身;通过加强钙离子通路来提高玉米高温耐受性;通过上调表达DnaJ-like蛋白家族来提高玉米耐热性。有趣的是,我们还发现了三个在HY153中特有的富集度很高的热激转录因子,这些基因可为后续发掘耐高温关键基因提供重要的基因资源。
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