淹水胁迫下玉米幼苗的转录组分析及耐渍候选基因克隆

【摘要】渍害是在玉米生长发育过程中常见的非生物逆境胁迫因子之一,也是热带和亚热带地区玉米生产面临的主要问题。玉米苗期耐渍性的遗传剖析对于选育耐渍玉米新品种具有重要意义。现有研究表明,玉米苗期耐渍性可能是由多基因控制的复杂数量性状。本实验室前期通过关联分析和连锁分析的方法都在玉米第5染色体5.04bin上检测到一个控制玉米耐渍性的主效QTL。本研究旨在以耐渍性差异明显的2个玉米姊妹系A3237(耐渍)和A3239(敏感)为材料,结合简化基因组测序、QTL定位、RNA-seq技术和生物信息学等方法,筛选和克隆重要的耐渍候选基因及启动子序列,分析基因结构及其在不同耐渍性材料、不同淹水时期(Oh,2h,4h,8h和12h)和不同组织部位的表达模式。本研究的主要结论如下：1、按照表达差异倍数大于2倍和P值小于0.05为阈值进行表达差异判断,在淹水胁迫的A3237和A3239幼苗中,共筛选到差异表达基因608个,这些差异表达的基因主要涉及生物合成代谢活性、氧化还原酶活性、逆境响应等,且大多数基因在耐渍自交系A3237中都表现为高表达。2、基因表达结合QTL定位和生物信息学分析,在5.04bin找到25个耐渍候选基因,其中GM2和GM17的编码区在A3237和A3239中存在差异,A3239中这2个基因转录本序列与B73参考基因序列一致,但A3237中GM2序列与A3239存在一个碱基突变,使得丙氨酸变成苏氨酸,A3237中GM17序列相对A3239存在一个缺失66bp的转录本。3、GM2和GM17分别编码一个AP2-结构域的蛋白质和一个HLH结构域的蛋白质。实时荧光定量PCR分析表明,GM2和GM17基因受渍水胁迫诱导表达,其中GM2的表达量在A3237和A3239间存在显著差异,而GM17的表达量在A3237和A3239间差异不显著。4、GM2和GM17基因启动子区含有厌氧响应相关的顺式作用元件,如ARE.G-box和GC-motif。在A3237和A3239中,GM2基因上游的启动子区存在一个910bp的插入／缺失位点,是由一个gypsy类反转录转座子插入突变自然形成,该插入突变可能会导致基因的表达量升高,针对插入位点开发的分子标记可能应用于玉米耐渍分子育种。研究结果对于阐明玉米5.04bin耐渍主效QTL的功能、遗传效应和分子机理具有重要意义,可为耐渍玉米新品种培育提供理论基础和基因资源。
【作者】耿存娟；
【导师】邱法展；
【作者基本信息】华中农业大学，作物遗传育种，2014，硕士
【关键词】玉米；转录组；主效QTL；耐渍；反转录转座子；

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