高粱SbBBM基因在体细胞胚胎形成过程中的表达和功能初探

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高梁(Sorghum bicolor(L.)Moench),是仅次于小麦、水稻、玉米和马铃薯的全球第五大粮食作物。利用植物外植体离体培养获得再生植株是现代植物育种的重要方法,在生物技术的应用过程中拥有极其显著的潜力。然而,高粱品种BTx623通过组织培养技术,获得再生植株较为困难,是制约高粱功能基因组研究和遗传功能研究的重要因素。在水稻和拟南芥中,Baby Boom(BBM)转录因子在调控转化效率、体细胞胚胎的形成、细胞命运等发育过程中具有重要作用,并在植物生物技术应用中具有巨大潜力。但是B BM介导的信号传导途径调控高粱体细胞胚胎再生过程的相关机制仍不清楚。本研究针对高粱BBM基因(SbBBM-putative1/2),对其在体细胞胚形成过程及再生过程中的表达和功能作用进行研究。通过本研究,我们将进一步增加对植物体细胞再生途径的了解,它还将有助于更好地理解基因调控的复杂相互作用以及植物细胞中BBM基因的其他作用。本研究结果如下:1.鉴定出高粱中BBM基因2个,分别命名为SbBBM-putative1和SbBBM-putative2系统进化分析结果表明高粱SbBBM-putative1/2基因属于eu ANT组,在进化分支上SbB BM-putative2基因与Zm BBM基因具有非常高的亲缘关系。并且两个SbBBM-putative1/2基因结构具有高度相似性。2.愈伤诱导结果和SbBBM-putative1/2基因在愈伤诱导过程中的表达谱结果表明,在以幼胚和幼芽为外植体的愈伤诱导过程中,其中幼胚诱导产生的愈伤有白色和黄色愈伤,两个SbBBM-putative1/2基因均有较高的表达;但以幼根为外植体的愈伤诱导过程中,并未形成愈伤组织且两个SbBBM-putative1/2基因的表达量均较低。3.转录组差异分析结果显示,SbBBM基因在胚性愈伤和非胚性愈伤中差异表达,可能成为胚性愈伤和非胚性愈伤表型差异的重要原因。4.转录因子分析,在胚性愈伤和非胚性愈伤组织的差异分析结果中,共筛选到1611个差异表达的转录因子基因,这些基因主要分布在AP2-EREBP家族、b HLH家族、b ZIP家族、C2H2家族、G2-like家族、HB家族、MYB家族和WRKY家族,而BBM基因属于AP2-EREBP家族。5.SbBBM-putative1/2的基因表达调控网络获得了5个LEA基因(LEA,late embry ogenesis abundant protein-related)和SERK(somatic embryogenesis receptor-like kinase2)。其中胚胎发育过程中的多数胚胎发育相关蛋白都属于LEA蛋白,而SERK gene可以参与到分化和细胞全能性相关的发育过程的诱导。6.SbBBM-putative1/2的在洋葱表皮细胞的亚细胞定位表明,SbBBM-putative1/2均在细胞核表达。在本研究中,我们利用生物信息学的方法在高粱基因组中鉴定出两个SbBBM-putai tve1/2基因。并通过RNA-seq技术对幼胚、胚性愈伤、非胚性愈伤组织进行转录组分析,发现SbBBM-putative1/2基因在胚性愈伤和非胚性愈伤中差异表达。并进一步找到了与SbBBM-putative1/2基因共同调控体细胞胚胎形成的重要基因,为进一步揭示SbBBM-pu tative1/2基因在体细胞胚胎形成及再生过程中的分子机制提供理论支撑。
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