甘蓝型油菜发芽期耐渍相关基因的筛选

【摘要】：油菜是世界第二大油料作物，我国油菜种植面积达1.1亿亩，长期以来是居于世界首位。目前，我国油菜主要分布在长江流域，约占全国油菜种植总面积的80%。由于长江流域油菜种植普遍采用水稻-油菜轮作制度，因此油菜生长过程中面临稻田土壤持水重，土壤粘重问题，加之春秋季节多雨，导致油菜湿涝灾害频发，导致油菜与产量相关的性状指标，如有效分枝数、单株角果数和角果粒数等不同程度减少，最终造成减产。尽管目前有关植物淹水胁迫下基因表达的研究很多，但是油菜淹水胁迫下全基因组表达研究甚少。 本研究对两个极端材料中双9号（极耐）和GH01（敏感）在发芽期分别淹水胁迫4h和12h，通过RNA-Seq测序获得差异基因表达谱，筛选油菜淹水胁迫应答基因，在转录水平上阐明油菜对淹水胁迫响应的分子机理，为油菜耐渍研究和耐渍育种提供基础。研究结果如下： 1.敏感材料GH01在胁迫4h下共筛选到1009个差异表达基因，其中上调基因280个，下调基因729个；在胁迫12h下共筛选到574个差异表达基因，其中上调基因170个，下调基因404个。GH01在淹水胁迫4h和12h的差异表达基因主要富集在DNA/RNA结合蛋白、特异序列转录因子、氧结合蛋白、水解酶活性等；参与的生物过程主要富集在转录调控、对普遍环境胁迫响应、对激素响应（ABA、生长素、茉莉酸）、对活性氧胁迫响应、防御响应、对渗透压响应以及信号传导过程。这些差异基因表达产物富集在细胞核、细胞壁、细胞质及过氧化物酶体。 2.耐渍材料中双9号在淹水胁迫4h下共有580个差异表达基因，其中上调表达基因24个，下调表达基因556个；在胁迫12h下共有441个差异表达基因，其中上调基因132个，下调基因309个。中双9号在胁迫12h和4h的差异表达基因主要富集在特异序列转录因子、水解酶活性、金属离子结合蛋白、电子载体及与氧气结合的亚铁血红素蛋白和氧结合蛋白；参与的生物过程主要富集在对机械损伤响应、对ABA诱导响应、氧化还原反应、对活性氧胁迫响应、防御反应、脂类代谢以及转录正调控等；这些差异基因表达产物主要集中在细胞壁、细胞膜、膜锚定区域和胞外基质。 3.在淹水胁迫4h时，中双9号和GH01之间共有的差异表达基因有807个，其中，737个下调表达，270个上调表达；而淹水胁迫12h时，两个材料之间共有417个基因差异表达，其中，273个下调表达，144个上调表达。中双9号和GH01之间的差异表达基因主要集中在对环境胁迫的响应、转录调控、信号传导、氧化还原反应、碳水化合物代谢、转运过程、次级代谢、脂代谢、蛋白质降解和RNA识别等方面。 4.通过对中双9号和GH01在淹水胁迫4h和12h分别进行纵向和横向比较，找到一些差异表达的基因。这些基因主要涉及转录调控、细胞壁形成、细胞凋亡、环境胁迫的响应、和电子传递链等相关。其中转录调控类基因占到很大比例，转录调控类基因主要是参与逆境胁迫的转录因子，包括AP2/ERF家族转录因子、MYB家族转录因子和bHLH家族转录因子。跟细胞壁形成相关的基因包括木葡聚糖基转移酶、细胞壁伸展蛋白等。