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1、玉米的根系發(fā)達(dá),包括不同發(fā)育階段形成的主根,側(cè)根和莖生根等。在玉米胚胎后時(shí)期形成的莖生根構(gòu)成了成熟玉米的主要根系。玉米的莖生根包括形成于地下部位的冠根以及地上部位的氣生根。迄今為止,對(duì)玉米氣生根的發(fā)育所進(jìn)行的研究主要集中于形態(tài)學(xué)和生理學(xué)水平,然而對(duì)其早期發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制知之甚少。為此,本研究使用高通量測(cè)序技術(shù)即Solexa測(cè)序技術(shù)分別對(duì)未產(chǎn)生氣生根的玉米莖節(jié)組織(N)和剛突出氣生根的玉米莖節(jié)組織(NR)的整個(gè)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了測(cè)序,以分析玉
2、米氣生根起始過程中轉(zhuǎn)錄組水平的變化。兩種組織轉(zhuǎn)錄組測(cè)序共產(chǎn)生了多于500萬個(gè)標(biāo)簽,N與NR中各包括149524與178131個(gè)清晰標(biāo)簽。清晰標(biāo)簽中各有82864和91678個(gè)標(biāo)簽?zāi)軌蚱ヅ涞絽⒖蓟蛏?,所占的比例分別達(dá)到55.4%和51.5%。將差異表達(dá)倍數(shù)log2值>2或<-2,同時(shí)P值<0.001的標(biāo)簽定義為差異表達(dá)顯著的標(biāo)簽,并對(duì)差異表達(dá)顯著的標(biāo)簽進(jìn)行分析。除去匹配至未知功能基因的標(biāo)簽,將剩下的143個(gè)上調(diào)和152個(gè)下調(diào)的標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)
3、基因按照功能劃分至代謝,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),細(xì)胞運(yùn)輸以及抗蟲反應(yīng)等11個(gè)類別中。含有差異表達(dá)基因數(shù)目最多的功能類別是代謝,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及細(xì)胞運(yùn)輸。大部分參與到蛋白質(zhì)結(jié)合與細(xì)胞壁代謝過程中的基因的表達(dá)豐度在氣生根早期發(fā)育過程中被明顯上調(diào),而參與到細(xì)胞循環(huán),DNA復(fù)制途徑中的基因被下調(diào),表明這些被明顯上調(diào)或者下調(diào)的基因可能直接參與到玉米氣生根早期發(fā)育的調(diào)節(jié)過程中。之后使用熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)了芯片中23個(gè)基因的表達(dá)模式,結(jié)果與Solexa測(cè)序得到的結(jié)
4、果基本一致。
將測(cè)序獲得的氣生根數(shù)據(jù)與之前發(fā)表的側(cè)根和不定根數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)有許多基因甚至生物學(xué)途徑在玉米氣生根、側(cè)根和不定根發(fā)育過程中是共同存在的,例如參與到細(xì)胞壁降解與合成,生長(zhǎng)素運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),和抗逆信號(hào)途徑的基因等。另外,將獲得的玉米氣生根轉(zhuǎn)錄組與玉米主根的轉(zhuǎn)錄組比較,發(fā)現(xiàn)兩種玉米根系轉(zhuǎn)錄組涉及的基因的功能與表達(dá)豐度均存在著極大的差異,表明氣生根和主根的功能以及早期發(fā)育的調(diào)控機(jī)制可能完全不同。
我們
5、還篩選了15個(gè)數(shù)據(jù)庫中差異表達(dá)明顯的基因,在擬南芥中異源超表達(dá)后觀察超表達(dá)植株根系變化,對(duì)基因功能進(jìn)行了初步分析。目前為止,在已經(jīng)獲得的4個(gè)玉米基因的純合體超表達(dá)擬南芥中,玉米皮層細(xì)胞輪廓蛋白ZmCCD在擬南芥中超表達(dá)后導(dǎo)致擬南芥主根的伸長(zhǎng)受到抑制,且這一表型在高濃度生長(zhǎng)素的作用下能夠得到恢復(fù),表明ZmCCD可能直接參與到生長(zhǎng)素調(diào)控的玉米根系甚至氣生根的早期發(fā)育過程中。
綜上所述,通過高通量測(cè)序的方法我們首次揭示了玉米氣生
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