水稻响应臭氧胁迫核心基因的分析及对转座子表达影响的研究

论文摘要

臭氧（O3）作为一种危害型温室气体,进入植物体后会诱发活性氧产生,影响植物的正常生长,造成农业生产力下降。近年来随着合成臭氧的前体物含量增加,空气中臭氧的浓度也随之增加。其浓度高峰期与植物的生长期相重叠,说明臭氧对植物的影响已经不容忽视,所以全面了解植物长期受到臭氧胁迫引起的一系列分子应答机制就显得尤为重要。水稻（Oryza sativa L.）作为重要的粮食作物,是世界一半以上人口的主要食物来源。目前水稻全基因组测序已经完成,其基因组小,注释信息较全面,是农作物中的模式植物。本研究以水稻品种日本晴为材料,利用开顶箱（OTC）的方法模拟臭氧胁迫,处理浓度为80nmol·mol-1,160nmol·mol-1和200nmol·mol-1,以未过滤的空气做对照,对处于营养生长时期的水稻叶片进行转录组数据分析,得到如下结果:1.在差异表达基因功能富集分类中,发现长期臭氧处理下上调差异表达基因在细胞死亡、信号转导、响应非生物刺激、响应胁迫、氧结合、激酶活性、细胞壁组分等功能上显著富集,下调差异表达基因在光合作用、细胞膜、细胞质、膜结构细胞器、类囊体等组分功能上显著富集。在响应胁迫的差异表达基因中,还发现了14个能够响应多种非生物胁迫的差异表达基因,对培育抗逆品种具有重要意义。2.在差异表达基因富集的代谢通路中,发现长期臭氧胁迫处理下,三羧酸循环,卟啉和叶绿素代谢,光合生物中的碳固定,光合作用,光合天线蛋白等代谢通路受到抑制,植物激素信号转导,苯丙烷类生物合成,二萜类生物合成,植物与病原体相互作用等代谢通路被激活。3.通过比较同一天数下差异表达基因的表达模式,我们发现存在浓度特异性基因。其在80 nmol·mol-1下表达模式与160nmol·mol-1和200nmol·mol-1不同,并且这些浓度特异性基因的功能集中在胁迫响应上。4.在各组差异表达基因中对表观遗传修饰相关基因数据进行了分析,发现在臭氧胁迫过程中,共有56个表观遗传修饰相关基因发生差异表达,其中涉及表观遗传密码调控体系的基因,包括能够直接改变DNA甲基化水平的DNA甲基转移酶和DNA去甲基转移酶,以及能够调控组蛋白乙酰化水平的乙酰化酶和去乙酰化酶,说明在臭氧胁迫处理下水稻的表观遗传学修饰水平和模式可能发生变化。5.我们对全部差异表达的转座子进行统计,涉及10类,总计205个转座子。上调差异表达的转座子集中于Ty3-gypsy反转座子,下调差异表达的转座子集中于中Ty1-copia、Ty3-gypsy反转座子,CACTA转座子。此外还发现了1个有mPing的完整插入的差异表达基因,在臭氧胁迫后发生下调表达。说明转座子能够响应臭氧胁迫处理,其表达模式的变化可能对附近基因的表达产生一定影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张雨欣

导师: 王红艳

关键词: 臭氧,水稻,转录组,差异表达基因,转座子

来源: 辽宁大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 辽宁大学

分类号: Q945.78

总页数: 58

文件大小: 4030K

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