基于RNA-seq的玉米CMS-C花药可变剪接和新转录本的分析

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangweifeng111222
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玉米是主要的粮、饲、经三元作物,总产量居世界首位,是最早利用雄性不育生产杂交种的作物。不育化制种能提高制种纯度,保持杂种优势,节约劳动力。采用RNA-seq技术,以玉米c型不育系C48-2及保持系N48-2花药为材料,B73为参考基因组,从转录组水平对玉米C48-2、N48-2的可变剪接(alternative splicing, AS)事件和新转录本(Novel TU)进行了分析,主要研究结果如下:1.基于RNA-seq数据,C48-2中总共在5721个基因中检测到12596个可变剪接事件,具有可变剪接的基因占玉米B73基因总数的18.85%:N48-2中总共在4554个基因中检测到8747个可变剪接事件,占B73基因总数的14.67%。其中,内含子保留(retained intron,RI)和可变的3’端外显子(Alternative 3’splice site, A3SS)是两种主要剪接类型,互相排斥的外显子(Mutually Exclusive Exon, MXE)类型剪接事件未检测到,可变的5’端外显子(Alternative 5’splice site,A5SS)、外显子跳跃(Exon Skipping,ES)、可变的第一个外显子(Alternative First Exon,AFE)和可变的最后一个外显子(Alternative Last Exon, ALE)剪接类型所占比例较小。可变剪接外显子长度分布统计表明可变剪接外显子偏向于较小的外显子。使用weblogo法对剪接位点序列信号分析表明剪接位点序列非常保守。通过分析玉米中发生RI和外显子剪接(cassette exon, CE)基因数目的比例,推测内含子识别(intron definition, ID)和外显子识别(exon definition, ED)机制在玉米基因中共同发挥作用。利用RT-PCR对内含子保留(RI)和外显子跳跃(Exon skipping, ES)两种可变剪接事件进行实验验证,结果表明,GRMZM2G076526基因的内含子保留和GRMZM2G056442基因的外显子跳跃剪接事件是可靠的。2.基于RNA-seq数据,在C48-2花药中鉴定了2668条新转录本,N48-2花药中鉴定了2376条新转录本。通过CPC软件预测新转录本的编码能力,C48-2中有1711个新转录本具有编码能力,占总数的64.13%;N48-2中有1537个具有编码能力的新转录本,占总数的64.68%。通过ESTscan软件对编码区(CDS)进行预测,结果显示,大多数新转录本长度较短,小于1000bp的新转录本在C48-2中有1892条,占C48-2中新转录本总数的70.91%,N48-2中有1770条,占N48-2中新转录本总数的74.49%。随机选取了C48-2中有功能的新转录本3个(TU850、TU855、TU1062),N48-2中有功能的新转录本2个(TU751、TU1313),利用RT-PCR对其进行验证。结果表明,新转录本TU850、TU855和TU1062在C48-2中真实存在,其中TU1062可能是C48-2中的一个新基因。新转录本TU751和TU1313在N48-2中真实存在,其中TU751可能是一个融合转录本。3.用C48-2和N48-2花药中发生了可变剪接但剪接位点不一致且差异表达的基因做韦恩图,得到了562个候选基因,用562个候选基因的964条转录本比对到GO数据库,全部得到GO term,使用Blast2go软件进行GO功能富集分析,结果显示,细胞组分(Cellular component)包含了9个功能分类,分子功能(Molecular function)包含了11个功能分类,生物学过程(Biological process)包含了24个功能分类。4.将C48-2中有编码能力的1711个新转录本,N48-2中有编码能力的1537个新转录本比对到Nr数据库,物种分布统计玉米中最多,高粱中次之。进一步将具有编码能力的新转录本比对GO数据库,全部得到GO term,使用Blast2go软件进行GO功能富集分析,结果显示,细胞组分(Cellular component)包含了10个功能分类,分子功能(Molecular function)包含了11个功能分类,生物学过程(Biological process)包含了24个功能分类。
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