小麥苗期根部低磷脅迫響應(yīng)基因表達(dá)譜分析.pdf

1、土壤中有效磷的缺乏是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物產(chǎn)量提高的主要因素，嚴(yán)重制約著小麥產(chǎn)量的增加。分析小麥低磷脅迫適應(yīng)機制，尋找小麥耐低磷關(guān)鍵基因，對小麥磷高效分子育種具有重要意義。本研究以黃淮麥區(qū)主栽品種“鄭麥9023”為材料，利用基因芯片技術(shù)對其根部在低磷脅迫條件下的差異表達(dá)基因進(jìn)行了篩選鑒定，并利用qRT-PCR(熒光定量PCR)方法對部分候選基因的表達(dá)特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，主要結(jié)果如下：
　　 (1)利用Affymetrix小麥基因組芯

2、片，篩選得到1889個在鄭麥9023低磷脅迫(Pi5μmol/L)處理14d后根部差異表達(dá)基因(差異表達(dá)倍數(shù)2倍以上為標(biāo)準(zhǔn))。其中1298個上調(diào)表達(dá)，591個下調(diào)表達(dá)。通過NCBI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源比對，其中764個基因序列具有相似性較高的已注釋功能基因，涉及到逆境脅迫、蛋白質(zhì)加工轉(zhuǎn)運、病程相關(guān)、代謝相關(guān)、遺傳信息處理、信號通路、質(zhì)膜運輸、細(xì)胞過程相關(guān)、蛋白存儲相關(guān)、轉(zhuǎn)錄相關(guān)、細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)、能量相關(guān)等過程，逆境脅迫、代謝相關(guān)和能量相關(guān)基因

3、分別占26.14％、23.27％和21.05％。采用熒光定量的方法對隨機挑選的30個候選基因在低磷脅迫14d根部的差異表達(dá)情況進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明有29個候選基因的總體表達(dá)趨勢都與芯片結(jié)果所揭示的情況相符。
　　 (2)對10個重點候選探針基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析顯示，其中3個為未能找到功能的基因，分別命名為TaPiS1、TaPiS2、TaPiS3；另外7個具有相似性較高的己注釋功能基因，分別命名為低磷脅迫誘導(dǎo)基因(TaIPS1.

4、3_Like)、防御素前體基因(TaPDF1_Like)、葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)移酶基因(TaG6PDH1_Like)、MADS盒轉(zhuǎn)錄因子(TaMADS2_Like)、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶基因(TaGST28e45_Like)、煙酰胺合成酶基因(TaNAS1_Like)、DUF6蛋白基因(TaDUF6_Like)。對10個重點候選基因在鄭麥9023、西農(nóng)979和豫農(nóng)202三個基因型小麥根部低磷脅迫14d、脅迫后補磷6h、24h和48h四個時間點的

5、表達(dá)情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在鄭麥9023中，10個候選基因都受到低磷脅迫的誘導(dǎo)而出現(xiàn)差異表達(dá)，其中TaMADS2_Like轉(zhuǎn)錄因子基因在補磷后6h表達(dá)量即恢復(fù)正常，表明該基因?qū)α谞I養(yǎng)變化極其敏感，極可能與磷脅迫代謝的直接調(diào)控有關(guān)；TaIPS1.3_Like基因在補磷48h后仍然顯著上調(diào)表達(dá)，說明其變化可能屬于低磷脅迫的次級效應(yīng)，恢復(fù)表達(dá)較慢；其余基因在補磷24h或48h即恢復(fù)或者接近正常水平，都與低磷脅迫顯著相關(guān)。
　　 (3

6、)利用qRT-PCR技術(shù)，對10個候選基因在不同基因型小麥中的表達(dá)模式差異進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示：西農(nóng)979中的TaPDF1_Like基因和豫農(nóng)202中TaGST28e45_Like、TaMADS2_Like、TaPiS3三個基因都不受低磷脅迫的影響，其余基因變化規(guī)律與鄭麥9023相似，可見不同基因型根系對低磷脅迫的反應(yīng)都不相同。對10個候選基因在磷脅迫14d后鄭麥9023、西農(nóng)979和豫農(nóng)202三個基因型葉片中的表達(dá)情況進(jìn)行分析，結(jié)果表

7、明，受低磷脅迫誘導(dǎo)后，只有TaIPS1.3-Like、TaPiS1、TaG6PDH1_Like、TaPiS3基因在各基因型葉片中的變化都與根系一致，暗示了這四個基因在葉片與根系具有類似的調(diào)控機理。對10個候選基因在濟麥17、小偃54、小偃6、偃展4110、石新828、中國春和煙輻188七個基因型根部表達(dá)情況進(jìn)行檢測，結(jié)果表明各基因型根部TaIPS1.3 Like、TaPiS1、TaPiS2、TaG6PDH1_Like、TaGST28e4