利用基因芯片分析小麥春化過程中莖尖基因表達譜的研究.pdf

1、春化作用對冬小麥(Triticum aestivum L.)的開花時間以及穗發(fā)育均有重要影響，研究小麥春化作用的分子機制對小麥的引種、栽培等生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有重要的指導(dǎo)意義。本研究以小偃6號小麥為材料，利用基因芯片技術(shù)檢測了春化不同時期莖尖的基因表達譜。以芯片數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了小麥中已知春化相關(guān)基因、MADS-box類基因以及組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因在春化處理和未春化處理的莖尖和葉片中的表達模式。根據(jù)芯片中基因表達量的變化，篩選出部分

2、候選基因并進行序列克隆，通過異源轉(zhuǎn)化擬南芥初步鑒定其功能。 1.春化過程中小麥莖尖的基因表達譜分析 利用SAM(Significance Analysis of Microarrays)軟件對芯片數(shù)據(jù)進行分析，在FDR(False Discovery：Rate)<0.1時，共有1201組探針信號具有顯著差異。結(jié)合形態(tài)學(xué)的觀察結(jié)果，我們篩選到在春化作用關(guān)鍵時期發(fā)生顯著變化的探針233組，并對其進行了功能分類。春化過程中發(fā)生

3、顯著變化的基因主要有：蛋白激酶、蛋白氧化還原酶及氨基酸轉(zhuǎn)移酶相關(guān)基因(上調(diào)24個，下調(diào)11個)，基因表達調(diào)控的相關(guān)基因(其中上調(diào)19個，下調(diào)14個)，部分逆境脅迫基因及膜結(jié)合蛋白基因。推測這些基因參與了小麥莖尖響應(yīng)春化信號的過程。 2.已知小麥春化相關(guān)基因的表達模式 通過對芯片數(shù)據(jù)的挖掘，找到了已知小麥春化相關(guān)基因VRN1、VRN2和VRN3的探針，利用qRT-PCR技術(shù)檢測了這些基因在春化和未春化處理的小麥莖尖及葉片中

4、的表達水平。結(jié)果顯示，春化處理后VRN1在莖尖和葉片中均被誘導(dǎo)表達，未春化處理的莖尖和葉片中該基因的表達量較低；VRN2在春化和未春化處理的莖尖中表達量均較低，而在未春化處理的葉片中的表達量較高；在春化和未春化處理的莖尖和葉片中都沒有檢測到VRN3的mRNA積累。我們的實驗結(jié)果支持了VRN1是小麥中響應(yīng)春化處理并影響莖尖發(fā)育命運的關(guān)鍵基因這一假說。 3.MADS-box類基因可能在小麥春化作用中起到了重要作用 通過對芯片

5、數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)部分MADS-box基因在春化處理過程中的表達變化顯著，進一步檢測了這些基因在春化處理和未春化處理的莖尖以及葉片中的表達模式。我們發(fā)現(xiàn)，TaMADS1和TaAGL32在莖尖中具有與VRN1相似的表達模式，春化處理能夠誘導(dǎo)這兩個基因的表達。根據(jù)其表達模式，我們推測TaMADS1和TaAGL32可能與VRN1、WFL共同作用，促進了小麥莖尖在春化過程中的成花轉(zhuǎn)變。此外，春化處理能夠抑制TaAGL1、TaAGL11、TaAGL

6、13和TaAGL41在莖尖中的表達，說明這些基因的功能可能是抑制小麥莖尖的成花轉(zhuǎn)變，而春化處理能夠解除這種抑制。 4.組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因可能參與了小麥春化作用的過程 我們檢測了小麥中組蛋白修飾和DNA甲基化相關(guān)基因在春化處理和未春化處理的莖尖及葉片中的表達模式。結(jié)果顯示，春化處理能夠抑制TaVIL1、TaVIL2、TaHAT2、TaHDAC3、TaCMT3和TaMBD1在莖尖的表達，推測這些基因參與了小麥莖

7、尖響應(yīng)春化處理并進行成花轉(zhuǎn)變過程中的基因表達調(diào)控。 5.過表達TaAP2推遲了擬南芥的開花時間 在發(fā)生顯著變化的233組探針中，我們選取了6個轉(zhuǎn)錄因子基因進行克隆，并轉(zhuǎn)化擬南芥，研究其對擬南芥開花時間的影響。研究發(fā)現(xiàn)，過表達TaAP2能夠延遲擬南芥在長日照下的開花時間，而春化處理能夠抑制這個基因在莖尖的表達，因此，我們認為這個基因的功能可能是抑制小麥莖尖的成花轉(zhuǎn)變。 綜上所述，本研究以基因芯片分析為切入點，篩選在