水稻杂种与亲本之间差异表达基因的分离克隆及表达研究

【摘要】：随着世界人口的不断增长,对粮食总量的需求也不断增加。目前,主要通过杂种优势的利用来实现农作物增产的目的。尽管杂种优势在生产应用中创造了巨大的经济效应,但人们对于杂种优势的机理的认识仍然十分有限,这严重束缚了对杂种优势的进一步利用。再加上环境恶化、自然灾害频发、耕地面积减少等严峻形势,迫切要求加强对杂种优势机理的研究。分离杂种和亲本之间的差异表达基因对于揭示杂种与亲本的基因表达特征、阐明重要基因功能及理解杂种优势的机理具有重要意义。水稻是我国最重要的粮食作物,也是功能基因组研究的模式植物,其特殊的重要性以及大量已知的遗传和基因组信息使得水稻成为研究杂种优势机理的理想材料。我们以红莲型高产优质杂交水稻组合及其亲本为材料,对杂种与亲本的基因表达特征进行了分析,同时分离克隆了大量差异表达基因,并对部分重要基因进行了表达研究,结果如下: 1.以水稻叶片(分蘖期第8叶、始穗期剑叶)和幼穗(单核期和二核期)为材料,采用cDNA-AFLP方法分析杂种与亲本的基因表达特征,并分离它们之间的差异表达基因。64对引物组合共检测出～2720个不同的基因,约占水稻基因总数的5%。发现大量的基因在杂种与亲本间存在表达差异,既有质上的差异也有量上的差异。量上的差异可以概括为以下几种类型:量上的差异可以分为:杂种增强表达型(IF)、双亲共同增强表达型(IP)、单亲减弱表达型(IFP)和单亲增强表达型(IUP)。杂种与亲本基因表达在质上的差异可以分为:双亲表达型(BP)、杂种特异表达型(FS)、单亲特异表达型(UP)和单亲沉默型(UPF)。共分离出257个差异表达片段,占检测基因总数的9.448%。其中,杂种特异表达的有80条,增强表达的有36条;双亲特异表达的基因片段共有90条,增强表达的有51条。以上几种类型分别占差异带总数的31.13%、14%、35.03%和19.84%。平均每个亲本特异表达和增强表达的基因所占的比例分别为17.51%和9.92%,都明显低于杂种,尤其是特异表达基因。在不同发育时期、不同组织中,杂种与亲本间均存在差异表达基因;而且随发育时期和组织差异,以上几种差异表达类型所占的比例也有所不同。回收了其中197个差异片段,并对其中55个进行测序,结果显示有47个(85%)片段来源于cDNA。对这47个差异表达序列分析发现,与代谢有关的基因有12个(占25.5%),其