水稻颖花开放前浆片转录组变化

摘要：

[目的]水稻颖花开放是由其基部的一对浆片吸水膨大所启动.测序技术的发展为从细胞整体水平研究浆片对颖花开放的分子响应,从而对掌握浆片调控颖花开放的内在分子机制提供更为快速、有效的方法.[方法]以常规籼稻品种中早25为材料,应用Illumina测序技术对水稻颖花开放前12h和临开放前1h2个时间点的浆片转录组进行测序,将所得高质量的序列(clean reads)与籼稻9311参考序列比对,获得唯一比对上某一参考基因匹配的reads(unique reads),采用RPKM法计算基因表达量,并在此基础上以FDR≤0.001和| log2Ratio|≥1为条件筛选出两样本间差异表达的基因,通过与Gene Ontology (GO)数据库、KEGG pathway数据库以及联合蛋白质数据库中的UniProtKB等数据库比对注释差异表达基因的功能和可能参与的分子调控途径.[结果]从水稻颖花开放前12h和临开放前1h2个时间点的浆片转录组中分别检测到有26 369和26 157个表达基因,2个时间点的转录组之间存在3 924个差异表达基因,其中2 623个基因呈现下调表达和1 301个基因呈现上调表达,有105个基因表达差异倍数高达100倍以上(即|log2Ratio|≥6.7). GO分析结果表明被注释分子功能的差异基因有1 624个,其中21.7％基因具有离子结合活性、10.3％具有氧化还原酶活性、5.4％具有转运活性.富集于生物学过程的差异基因有1 313个,其中15.0％的差异基因参与定位、12.4％参与运输、4.7％参与碳水化合物代谢、4.5％参与脂类代谢.Pathway显著性富集分析发现有2 229个差异基因参与了123条代谢途径,其中,富集基因数目较多的途径主要包括次生物质生物合成(399个)、植物激素信号转导(152个)、核苷酸代谢(146个)以及淀粉和糖代谢(64个)等路径.花前1 h浆片中特异表达且唯一比对上基因的reads数(Uniq-reads_ num)超过30的基因的功能主要涉及细胞壁重塑、质膜的稳定性、能量代谢、基因转录调节以及信号转导等生命活动.茉莉酸及其类似物对水稻颖花开放有强烈的诱导效应,差异表达基因中有16个基因参与了茉莉酸生物合成途径以及11个基因参与了茉莉酸的信号转导过程,且随着颖花开放时间的临近,多数基因表达水平显著提高.[结论]获得颖花开放前12h和临开放前1h浆片中差异表达基因的表达变化模式及其功能信息,发现参与调控碳水化合物代谢与运输、细胞能量代谢、细胞壁结构修饰以及茉莉酸等激素代谢与信号转导等生理过程的基因在颖花临开前被强烈诱导或抑制表达,提示这些基因与浆片细胞吸水膨大调控水稻颖花开放密切相关.

关键词：水稻、浆片、颖花开放时间、转录组、Illumina测序

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分类号：R737.31;S542;Q938.1

资助基金：国家自然科学基金;江西省"赣鄱英才555工程"领军人才培养计划;江西省科技支撑计划

在线出版日期：2016-08-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1017-1033