超级杂交稻两优培九及其亲本的转录谱分析及水稻93-11和日本晴基因组NBS-LRR家族比较分析

来源 :中国科学院遗传与发育生物学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:beauty85123
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本文第一部分,介绍了利用水稻全基因组芯片对LYP9超级杂交稻组合(PA64×93-11)及其二个亲本在7个不同时期的不同的组织的转录谱研究。杂交水稻为我国的粮食增产发挥了重要的作用,杂种优势机理的阐释对进一步提高作物产量具有重要意义。基因转录是从遗传信息到生物性状的第一个环节,本研究利用水稻全基因组基因芯片对杂交水稻LYP9(PA64s×93-11)组合7个时期/部位的平行样品进行了转录谱分析。在21个(7×3)样品中,有7078个基因在所有样品中都可以检测到表达,分类结果表明参与细胞和组织结构构建的基因表达百分率最高(24.3%)。杂交稻中基因的表达存在着非加性效应。在杂交稻中相对于亲本的差异表达基因占总体基因的2.07-2.91%,杂交稻中有比双亲显著高表达和显著低表达的差异基因、介于双亲之间的差异表达基因以及对单亲有显著变化的差异基因;其中,显性表达在差异表达基因中是主要的(81.6%以上)。差异表达基因涉及到代谢、信号转导、基因表达调控等功能领域。在穗子中,控制糖转运基因在杂交稻LYP9中比其可育亲本93-11显著上调,暗示“流”的畅通可能是杂交稻高产的原因之一。杂交水稻相对于亲本的差异表达基因在剑叶和穗子中有某种协同性,这可能反应了水稻库源关系的协同性。基于表达数据还讨论了杂交种中差异表达基因的来源以及杂种优势可能的分子基础。在我们的表达数据中发现,QTL所涵盖的基因更容易表现出差异表达。对其中一些包含差异表达基因的QTL分析发现,从功能的角度可一定程度地揭示差异表达和数量性状的关系。   本文第二部分,研究探讨了水稻NBS-LRR家族在93-11和日本晴基因组间的分化,着重分析讨论了93-11和日本晴间NBS-LRR假基因的分化。水稻不仅是重要的粮食作物,而且也是重要的和模式植物。稻瘟病是水稻最严重的病害之一,植物的NBS-LRR蛋白在抗病基因(R)介导的抗病系统中发挥着重要的作用。水稻有两个主要亚种(Oyza sativa L.indica和Oryza sativa L.japonica),它们在地理分布、生理特性、形态特点上都存在着不同,尤其是两者在稻瘟病的抗性上也存在着差异。鉴于以上考虑,本文系统地分析了93-11和日本晴基因组中NBS-LRR基因家族,在93-11基因组中鉴定出471个NBS-LRR基因,其中184个为假基因,在日本晴中鉴定出468个NBS-LRR基因,其中150个为假基因。比较分析发现,两个品种的NBS-LRR基因家族有明显的分化,在两个基因组中共有301对NBS-LRR等位基因,其中39对在93-11基因组中为假基因,在日本晴中为完整的基因,41对在日本晴中为假基因,93-11中为完整基因;有47对基因在两个基因组中均为假基因,其中有11对是由于不同假基因位点造成的假基因;另外,在93-11和日本晴中分别剩下131个NBS-LRR基因和89个NBS-LRR基因在另外一个品系中无两两最同源关系。在此基础上,对于只在一个基因组中假基因化的80对基因以及在两个基因组都是完整的174对基因,计算了它们的遗传变异率以及同义突变率,我们对遗传变异的统计聚焦在NBS-LRR基因编码的最保守的NBS结构域序列中,结果显示,80个含有假基因的基因对,其遗传变异率以及同义突变率的平均值均高于另一组,这显示部分假基因在基因组中保持了比相对完整的基因更长的时间,另外发现7个假基因与其完整基因,仅在假基因化位点存在序列上的差异,说明这些假基因是新近发生的假基因化。以上结果说明,在93-11和日本晴间,NBS-LRR基因家族经历着快速的Birth and Death进化,且分化过程仍在进行中。
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