小麦籽粒发育过程中m6A RNA甲基化的动态变化及其差异表达基因

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m6A甲基化作为经典的表观遗传修饰在近几年的研究中收到越来越多的关注,其在小麦籽粒发育过程中表观遗传修饰却鲜有报道,这可能与小麦基因组庞大复杂有关,但小麦作为主要粮食作物,小麦对于人们最有用的产物就是籽粒,籽粒发育时期是形成优质籽粒的重要时期,因此,研究小麦籽粒发育过程中m6A甲基化修饰动态变化具有重要意义。本文利用甲基化RNA免疫共沉淀测序及转录组测序对小麦籽粒发育时期进行分析研究,为小麦以后的研究提供重要的基础和理论。得到以下结果:1.通过Me RIP-seq测序技术首次构建出小麦全转录组m6A甲基化修饰图谱,揭示了m6A甲基化修饰位点主要分布在小麦转录组中的3’UTR区域;在小麦籽粒发育过程中开花后10天、20天和30天分别检测出了30615、30326、27676个高置信度m6A甲基化修饰峰,并发现GAGGGAG序列显著富集;开花后10天、20天和30天检测的m6A甲基化修饰峰相关基因只对应单个峰的占总数的87.01%、88.31%和89.53%,随着小麦籽粒的发育,与一个峰相关的编码基因比例增加,但与多个峰相关的编码基因比例减少;开花后10天、20天、30天m6A甲基化修饰峰相关基因分别有25955个、26161个和24279个,GO富集和KEGG富集通路揭示RNA相关过程被显著富集;通过分析A,B,D不同亚基因组上的m6A甲基化峰及其相关基因,发现m6A甲基化修饰峰的数量随着发育时期延长在逐渐下降,m6A甲基化峰相关基因数量先增加后减少,但是开花后10天到20天的变化没有20天到30天的变化显著,在小麦基因组B中检测到最多的m6A甲基化修饰峰及其相关基因,亚基因组A中最少;一些独特的m6A峰只存在于特定的发育时期,高置信度m6A峰并不是均匀分布在每个染色体上,除1B和2A染色体外,随着发育天数的增加,每条染色体上的高置信度和独特m6A峰的数量减少。这些结果表明,m6A修饰是一个动态过程,在不同发育时期通过修饰特定染色体上的基因来调节小麦籽粒发育;开花后m6A甲基化差异峰大部分注释在3’UTR、远端基因间及外显子上,其相关基因富集在糖结合物和蛋白质合成上。2.通过转录组测序在九份Input样品总共检测到107545个基因,大多数基因表达值都低于0.5;通过分析小麦籽粒发育不同时期显著差异表达基因,发现其主要富集在翻译、核小体组装、水胁迫应答等过程,以及核糖体、碳代谢等通路上。3.通过将m6A甲基化差异峰相关基因和差异表达基因联合分析,有86个基因在小麦籽粒发育过程中共同被m6A甲基化修饰并显著差异表达,显著富集在淀粉合成相关途径上。4.通过对小麦籽粒淀粉含量及6个相关基因进行荧光定量分析,Ta SPS-3B和Ta SPS-3D与淀粉含量呈显著正相关。Ta AGP-7A、Ta AGP-7D和Ta SS与淀粉含量呈显著负相关。Ta MADS32和淀粉含量在灌浆期呈负相关,但相关性未达到显著水平。通过对粒重在小麦籽粒发育期间的表达量分析,Ta GW2-7A2和Ta GW2-7D在种子发育早期(AN0942_10d)表达最高。在种子发育过程中未检测到Ta GW2-7A1的表达,Ta GW2-6A和Ta GW2-7A2在整个发育过程中没有显著变化和低表达水平。Ta GW2-6B、Ta GW2-6D和Ta GW2-7B的表达水平在籽粒发育后期(AN0942_30d)显著上调。
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