盐胁迫下三个水稻材料的基因转录和mRNA剪接调控特性的研究

来源 :广东海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinmeng6112501
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水稻(Oryza sativa L.)是全球最重要的粮食作物之一,全球范围内有50%以上的人口以水稻为主要食物。尽管在地球上,水稻种植面积多达1.5亿公顷,但其中很大一部分土地被受到一定程度的盐碱化或有被盐碱化的危险。而水稻作为盐敏感的粮食作物,其产量易受到盐胁迫的影响。本研究对3个不同耐盐性的水稻品种(国际盐敏感水稻IR29,国际耐盐水稻Nona Bokra(NB),地方耐盐水稻C34)进行盐胁迫下的转录组学分析和SR(富含丝氨酸和精氨酸)蛋白基因的剪接模式和表达分析,通过研究不同水稻品种在盐胁迫下基因转录和mRNA剪接调控特性,为我国水稻耐盐机制与分子生物学研究和耐盐水稻品种研究提供新的理论研究。主要的研究结果如下:(1)对18个水稻样品进行转录组测序,产生约2200~4600万高质量的序列(clean reads),每个文库的碱基调用准确率>97.40%,每个文库的转录本的平均长度在736~926 bp之间,获得了77.8%~85.24%的全长reads。(2)3个水稻样品的对照组和盐处理组中,分别检测到15865个和16334个表达基因,其中耐盐水稻NB和C34受盐胁迫干扰的基因多于盐敏感水稻IR29且C34特异表达基因的数量最高。(3)盐胁迫前后分别有超过2200个和1800个下调和上调的基因。GO功能注释表明,差异基因的表达主要富集在碳代谢和氨基酸的生物合成、脱落酸(ABA)的刺激和信号传导、对水的响应、植物激素信号转导与脯氨酸生物合成。这表明了3个水稻品种在100 mM NaCl处理6 h后感知到盐胁迫信号。(4)与盐敏感水稻IR29相比,耐盐水稻NB和C34在盐处理6小时后可诱导更高水平的APX1表达,这表明了盐胁迫诱导上调的ROS清除酶基因与水稻的耐盐胁迫性呈正相关。此外,盐处理后,耐盐水稻品种NB和C34下调光合作用相关基因的表达,这可能是缓解盐胁迫对光合作用系统伤害的积极调节,能够维持碳同化的基本水平,进而有利于提高水稻植株盐耐受性。(5)在我们研究中,水稻IR29、NB和C34都检测到大量的品种特异性盐胁迫诱导基因,但Na+/K+转运体编码基因在其之间的表达模式没有明显的差异,这表明导致耐盐水稻品种C34和NB之间不同耐盐机制的不是Na+/K+转运体,而是其他基因的调控。(6)有1076个转录本在四个不同的平台中被预测为lncRNAs,且lncRNA在样本之间的表达差异大于处理之间的表达差异。通过qRT-PCR证实了一组基因发生了品种特异性表达调控的假设。(7)在IR29盐处理组、IR29对照组、NB盐处理组、NB对照组、C34盐处理组和C34对照组中分别检测到341、257、287、225、305和287个可变剪接事件,通过RT-PCR验证了编码基因和lncRNA在水稻中均受到可变剪接的调控。(8)通过RT-PCR和qRT-PCR分析表明,SR基因在不同水稻品种中发生了品种特异性剪接,且对照组样品和盐处理组样品中SR基因的可变剪接差异小于不同品种之间的差异。
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