一個(gè)小穗突變體lsd的表型觀察和轉(zhuǎn)錄組分析.pdf_第1頁(yè)
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1、雌雄花序的正常發(fā)育決定著玉米籽粒的產(chǎn)量潛能,解析雌、雄花序發(fā)育機(jī)制對(duì)于提高玉米產(chǎn)量具有重要意義。本研究以一個(gè)小穗缺失突變體(lsd)為材料,比較分析突變體lsd和野生型(Wild-Type: WT)間的形態(tài)差異,雌雄花序發(fā)育進(jìn)程中各類分生組織的分化和發(fā)育差異,明確突變體變異的細(xì)胞學(xué)原因。分析突變體和野生型間轉(zhuǎn)錄組的差異,預(yù)測(cè)候選基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),為揭示玉米花序發(fā)育調(diào)控分子機(jī)理提供依據(jù)。本研究主要結(jié)果如下:
  1.表型鑒定發(fā)現(xiàn),突變

2、體與野生型在株高、雌穗長(zhǎng)、雄穗主軸長(zhǎng)、葉片長(zhǎng)度和寬度、穗上葉片數(shù)、雄穗分枝數(shù)7個(gè)性狀上差異顯著。突變體雌、雄花序發(fā)育進(jìn)程均在小穗成對(duì)分生組織(SPM)發(fā)育時(shí)開(kāi)始滯后于WT,雌花序發(fā)育滯后現(xiàn)象比雄花序更為明顯;突變體雌雄花序發(fā)育滯后現(xiàn)象隨著花序發(fā)育進(jìn)程而更為嚴(yán)重。
  2.掃描電鏡觀察結(jié)果表明,突變體雄花序原基的生長(zhǎng)錐頂端部分比野生型的更寬,生長(zhǎng)錐長(zhǎng)度較野生型的更長(zhǎng);分支分生組織(BM)的分化和發(fā)育被抑制,BM數(shù)量顯著減少甚至沒(méi)有;

3、1個(gè)SPM分化成3個(gè)SMs(SpikeletMeristems),中間的SM體積比兩邊的更大,發(fā)育進(jìn)程更快,但絕大多數(shù)SMs無(wú)明顯小花分生組織(FM)分化,護(hù)穎發(fā)育異常。突變體雌花序在花序分生組織(IM)發(fā)育時(shí)即出現(xiàn)異常,部分lsd生長(zhǎng)錐頂端部分比野生型的更寬廣,部分雌花序原基上同時(shí)分化出兩個(gè)生長(zhǎng)錐;SPM發(fā)育變異程度比雄花序更大,1個(gè)SPM分化出大小不一致的2-3個(gè)SMs,F(xiàn)M發(fā)育異常,護(hù)穎生長(zhǎng)受抑制;lsd雌花序出現(xiàn)多種表型變異,有

4、的產(chǎn)生BM組織、有的產(chǎn)生類似葉原基組織、有的為光滑扁平的“紙狀”、有的頂端裂成兩部分;有的頂端扁平、寬廣;有的出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)生長(zhǎng)錐。
  3.提取lsd和野生型雄花序原基RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,數(shù)據(jù)分析表明:在野生型與突變體間共檢測(cè)到1063個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs),相對(duì)于野生型,在突變體中210個(gè)基因表達(dá)量上調(diào),853個(gè)基因表達(dá)量下調(diào)。GO富集分析表明,差異表達(dá)基因主要富集在分子功能的水結(jié)合相關(guān)蛋白類,生物過(guò)程的初級(jí)代謝和細(xì)胞代

5、謝類。進(jìn)一步分析表明,一些GRF家族基因、細(xì)胞周期相關(guān)基因、花序發(fā)育相關(guān)基因、激素相關(guān)基因的表達(dá)水平在突變體與野生型間存在顯著差異。熒光定量PCR分析證實(shí)了2個(gè)GRF家族基因、4個(gè)細(xì)胞周期相關(guān)基因、5個(gè)花序發(fā)育相關(guān)基因和8個(gè)植物激素合成與信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)差異。基于突變體和野生型植物學(xué)表型和細(xì)胞學(xué)發(fā)育的比較,結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析和熒光定量PCR結(jié)果,我們推測(cè),突變體候選基因ZmGIF1作為轉(zhuǎn)錄結(jié)合因子,可能與ZmGRF10結(jié)合,激活細(xì)胞周期相

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