玉米胚乳發(fā)育動態(tài)的轉錄組分析.pdf

1、玉米是世界上最重要的農作物之一，被廣泛用于食品加工、動物飼料和工業(yè)原料。成熟玉米籽粒由胚、胚乳和種皮三部分組成，其中胚乳作為籽粒的營養(yǎng)貯藏部分，占到了成熟籽粒重量的80％～85％，同時胚乳細胞的發(fā)育、增殖和淀粉的積累情況決定了籽粒的產量和品質。因此，深入探究影響玉米胚乳細胞發(fā)育變化的關鍵調控機制對提高玉米的產量和品質，以及保證世界的糧食安全有著重要的意義。轉錄組作為連接基因組和蛋白組的關鍵紐帶，對解析玉米胚乳發(fā)育的動態(tài)過程和探究胚乳發(fā)育

2、的關鍵調控機制具有重要的作用。迄今為止，在全基因組范圍內對玉米胚乳發(fā)育動態(tài)的轉錄組研究仍是不全面的，尤其是對基因可變剪接和表達變化研究仍鮮有報道。本文利用RNA-seq技術對陜單609授粉后第5、10、15和20天的胚乳樣品進行了測序，全面分析了四個胚乳發(fā)育時期的基因可變剪接、表達和功能變化，以及淀粉合成代謝相關酶的進化、表達和功能之間的關系。研究結果進一步完善了玉米籽粒發(fā)育相關基因在轉錄水平上的表達信息，為闡明玉米胚乳發(fā)育的關鍵的調控

3、機制和代謝網絡提供了重要線索，為加速高產優(yōu)質玉米新品種的選育提供了有效的參考依據。研究結果如下:
　　1.通過對胚乳發(fā)育四個時期的轉錄組數(shù)據分析，鑒定了11，010個蛋白編碼基因的44，973處可變剪接事件。根據剪接方式劃分為6種類型，其中內含子保留是胚乳基因經歷的主要可變剪接類型，外顯子跳躍為第二類主要可變剪切類型。根據可變剪接發(fā)生的時期特點，可進一步將可變剪接事件分為單一類型可變剪接和多元類型可變剪接，并且這兩種類型的可變剪接

4、對應的基因集在生物學功能上存在顯著差異。
　　2.分析轉錄本的表達豐度發(fā)現(xiàn)，有2，504個假定基因在陜單609胚乳發(fā)育四個時期發(fā)生表達，并在多個數(shù)據庫中獲得最佳功能注釋。同時，在授粉后5、10、15和20天的胚乳中，分別檢測到20，777、21，923、21，488和21，648個基因發(fā)生表達，其中405、773、766和643個基因分別為時期特異性表達基因，18，072個基因為四個時期的共表達基因，1，945個基因為注釋的轉錄因

5、子。
　　3.不同發(fā)育時期間的差異表達分析，鑒定了7，633個差異表達基因，其中包含了來自50個轉錄因子家族的473個差異表達轉錄因子。同時，利用數(shù)學模型將7，633個差異表達基因進一步劃分為15個不同的表達趨勢，并鑒定了淀粉生物合成、脂類生物合成、刺激反應等多個胚乳發(fā)育的關鍵代謝過程和調控機制。
　　4.根據玉米中淀粉代謝相關酶的功能和先前的研究，構建了玉米胚乳中簡化的淀粉合成代謝途徑，并通過進化分析進一步揭示了玉米中淀粉