南荻纤维素含量差异与基因差异表达的相关性分析

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纤维素(Cellulose)是存在于植物、藻类等细胞的结构性多糖,是细胞壁的主要结构成分,同时也是自然界中储量最大、分布最广、来源最丰富的可再生生物质。南荻(Miscanthus lutarioriparius)是我国特有的芒属植物,是多年生草本C4植物,其生物量可高达10.5-33.0 t/hm~2(干重),其纤维素含量约占总干重33.50-53.94%,是极具工业化利用潜力的纤维素类生物质原料。以往的研究发现,南荻的纤维素含量受到基因型的影响,会产生显著差异。在南荻的不同生长发育时期,同一基因型的纤维素含量也有显著差异。本论文选择不同基因型的南荻为试验材料,通过测量其在不同发育时期的纤维素含量的变化,筛选出纤维素含量差异显著的南荻基因型,并同时提取其不同发育时期的RNA。通过转录组测序分析,对南荻纤维素含量差异与其相关基因的差异表达进行了相关性分析,试验结果如下:1、不同基因型南荻的纤维素含量在生长发育不同时期差异显著,在收获期,南荻6个基因型中,L9是纤维素含量最高的品种,L5是干重和纤维素含量净重最高的品种。2、通过纤维素含量测定及数据分析可发现,在拔节期,大部分基因型的叶片中纤维素含量最高,且叶片中的纤维素含量与茎的纤维素含量差异显著,而不同基因型茎的上中下各个部分之间纤维素含量差异不显著。在快速营养生长期,南荻茎上部的纤维素含量最高,茎不同部位的纤维素含量与其拔节期相比差异极显著,且叶片与茎的纤维素含量差异显著。3、参照FDR<0.01,|log2(fold change)|≥1筛选差异表达基因(DEGs),共筛选获得193800个差异表达基因。上调和下调的差异表达基因分别进行蛋白相邻类的聚簇(Cluster of Orthologous Groups of proteins,COG)和富集分析发现,各差异表达集分别有1548,1432,1774,1589,1651和908个DEGs分别被注释到26个功能分类,最多注释到R类(General function prediction only)、K类(Transcription)、T类(Signal transduction mechanisms)和L类(Replication,recombinant and repair)。说明纤维素生物合成过程与次生物质代谢、翻译后修饰以及糖类物质运输与代谢等过程息息相关。4、纤维素合成通路中有一些基因在纤维素含量较高的转录本中发生了上调表达,比如G1和G20基因上调表达量相当高,表明这两个基因在南荻纤维素合成中起到促进作用;此外G2基因在不同差异组中均表现出下调表达的趋势,表明,其可能负调控纤维素的合成过程。综上所述,通过本论文研究,通过转录组测序分析,筛选了调控纤维素合成的候选基因,为南荻纤维素合成的调控研究奠定了理论基础,同时,筛选得到了高纤维素含量的南荻种质,为非粮纤维素类生物质作物种质资源的开发开拓方向。
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