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水稻无中叶脉dl2突变体转录组与蛋白组的相关性分析

彭小燕  
【摘要】:维管束存在于维管植物的根、茎、叶等器官中,对水、无机营养物质、糖、氨基酸等资源的运输以及形成和保持植物器官的形态具有重要的作用。在植物叶片中,维管束的主要表现形式为叶脉。水稻作为单子叶模式植物的代表,其叶片由叶脉、叶肉和表皮紧密相连共同组成,是光合作用的主要器官。因此叶片中维管束即叶脉的分化和脉络模式不仅在植物运输营养物质和水分中具有重要的作用,还对植物的叶片起着机械支撑的作用,是一个重要的农艺性状。近年来,随着水稻叶脉发育的研究,人们不断发现了叶脉发育缺陷的突变体,但对叶脉发育的分子机制的了解还知之甚少。除此之外,水稻作为我国主要的粮食作物之一,其叶脉的发育状况直接影响植物的光合作用、蒸腾作用、抗逆性等生理功能,最终影响作物产量。因此,探究叶脉发育的分子机制不仅有助于人们了解植物维管束的发育过程,还可以从分子遗传水平上去分析调控叶脉发育的信号模式,从而利用生物技术手段来改良叶片形态,提高植物的光和效率、抗逆性等,进而提高作物产量。因此,深入研究单子叶植物叶脉发育的分子机制具有重要的理论意义和实际应用价值。我们研究的植物材料来自于籼稻品种‘N45-2’的突变体dl2,主要从转录水平和蛋白水平对dl2突变体进行差异表达分析,其主要研究结果如下:①数字基因表达谱(DGE)分析dl2突变体在转录水平上的差异表达情况:在dl2突变体中所有差异表达的基因共有15882个,而满足Q value≥0.8,|log2ratio|≥1且P0.05的筛选条件的差异表达基因有98个,其中48个是上调表达的,50个是下调表达的。q RT-PCR分析结果与DGE分析得到的差异表达的变化趋势一致,验证了数字基因表达谱的分析结果可靠。②相对和绝对定量同位素标记(i TRAQ)技术分析dl2突变体在蛋白水平上的差异表达情况:在dl2突变体中满足差异倍数达到1.6倍以上,且p-value值小于0.05的筛选条件的差异蛋白共有141个,其中94个是上调表达的,47个是下调表达的。③转录组联合蛋白组分析dl2突变体中差异表达情况:1)以(≥five Tags in all three runs,ratio≥2,Q≥0.8),P0.05为标准,将蛋白组分析中得到的141个差异表达蛋白映射到DGE分析中得到的98个差异表达基因,只有两个基因被筛选出来;2)以(ratio≥2,no Q value)为标准,141个差异表达蛋白和差异表达的m RNA的正相关系数r=0.35;3)141个差异蛋白和所有差异表达的m RNA的相关系数r=0.088;4)所有差异表达的蛋白和所有差异表达的m RNA的相关系数r=0.081;综上表明,m RNA水平和蛋白水平之间的相关性较低(modest)。④从差异表达蛋白中筛选出10个参与叶脉发育的候选蛋白,成功构建了其中3个差异表达蛋白的超表达载体和DL基因的超表达载体,分别命名为35S::DL、35S::P02、35S::M07、35S::H05,经农杆菌介导遗传转化籼稻dl2突变体植株中,获得了35S::DL阳性转基因苗,目前,其余3个超表达载体的抗性愈伤处于分化阶段,还未得到转基因苗。⑤q RT-PCR鉴定35S::DL转基因植株叶中DL基因的表达水平明显升高。


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