水稻生物鐘相關基因的功能預測分析及CSA節(jié)律性表達機理初步探討.pdf

1、植物在整個生長過程中都處在一個一直變化的自然環(huán)境中，如溫度、光照、空氣等，而其中最顯著的變化則是每天光照與黑夜的規(guī)律性交替變化，即晝夜節(jié)律。植物會通過體內生物鐘（circadian clock）感受晝夜節(jié)律，調控植物的開花時間、光合作用、代謝、生長、結實等生理過程。目前對于生物鐘的調控機制的了解較為清楚的限于模式生物擬南芥中，水稻（Oryza sativa）作為我國的主要糧食作物，了解水稻生物鐘對生物過程的作用機制，不僅有益于對植物科學

2、基礎問題的理解，也對水稻農藝性狀改良有著重要的指導意義。本研究主要從兩個方面對水稻生物鐘調控機制經行了討論:
　　1)采用生物信息學手段，以已知的生物鐘基因為誘餌，獲取與生物鐘共表達且具有節(jié)律性的基因，對其進行表達特性和生物功能分析。發(fā)現水稻生物鐘基因的周期節(jié)律表達峰值與擬南芥中生物鐘同源基因表達峰值一致。同時，在共表達網絡分析中發(fā)現，水稻生物鐘基因相互作用形成了三個共表達網絡子集，與已知的擬南芥生物鐘模型一致。說明生物鐘核心振蕩

3、器的相互作用機制在不同的物種中具有保守性。但在輸入途徑和輸出途徑中，相對于擬南芥，作為單子葉的水稻對于外界環(huán)境響應、對生物過程的調控作用可能存在著不同的機制。對以生物鐘基因為誘餌的共表達網絡分析，發(fā)現在一天的變化中，生物鐘系統(tǒng)基因的表達優(yōu)先發(fā)生在清晨和下午且相同時相的基因共表達形成子集，說明水稻生物鐘系統(tǒng)基因通過有序的相互作用，使復雜的生命過程有序的進行，而對于未來環(huán)境的變化具備預知能力。對共表達網絡中的節(jié)律性表達基因GO功能分析，發(fā)現

4、生物鐘可參與調控水稻的多個生物過程，其中主要可調控應激反應過程和代謝過程。生物鐘對不同應激反應過程和代謝過程的主要調控基因及時間不同，可推測生物鐘對應激反應和代謝過程的有序進行具有嚴格的調控作用，與此同時也保證了植物在響應環(huán)境變化過程中的能量損耗。
　　2)我們實驗室曾分離得到一個光敏不育基因突變體csa（carbon starved anther），對CSA的表達圖譜分析發(fā)現CSA具有周期節(jié)律表達特性。對CSA啟動子分析發(fā)現CS

5、A基因的表達可能受到節(jié)律調控因子、光響應因子、激素響應因子的順式作用調控。當用持續(xù)光照處理水稻幼苗后發(fā)現，CSA的節(jié)律性表達雖有所減弱但仍然存在，說明CSA受到生物鐘調控的同時還可能受到其他因素的影響。在單種光處理下，CSA的表達降低，與此同時在相應的光受體突變體中，CSA的表達升高，說明CSA的表達受到光抑制作用。對包括生物鐘基因、糖運輸基因、淀粉代謝基因在內的CSA可能共表達基因定量分析，發(fā)現生物鐘可通過調控CSA的表達參與調控水稻