基于水稻耐旱聚合系及其親本基因組和轉錄組變異剖析耐旱性和產(chǎn)量的基因調控網(wǎng)絡.pdf

1、干旱是影響水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的主要非生物脅迫，通過水稻基因芯片（57K探針）研究在干旱脅迫條件下全基因組表達譜的變化及共表達分析，探究具有不同 QTL位點結構的聚合系之間基因表達的差異，篩選功能相近表達模塊，對于發(fā)掘耐旱相關基因，探明基因之間的相互作用及遺傳網(wǎng)絡，了解耐旱相關分子機理，并最終為水稻抗逆分子育種提供理論基礎。對已有參考基因組序列的物種進行個體或群體的全基因組重測序可檢測各品種中存在的各類變異信息及新基因，對該物種的遺傳變異

2、和分子育種等研究具有重要的指導意義。
　　本研究選用IR64為輪回親本，以BR24（孟加拉地方品種）和Binam（伊朗農(nóng)家品種）為供體培育的代表4類組群基因型（group genotype, GG）的8個聚合系作為研究材料，從表型、基因型、基因組和轉錄組變異方面對耐旱聚合系中影響水稻耐旱性和產(chǎn)量的5個QTL關聯(lián)組（association group, AG）進行了系統(tǒng)和深入的剖析，確定了大量水稻耐旱性QTL的候選基因及其參與的代謝

3、途徑。該研究還比對了研究材料基因組的泛基因組和結構變異與3000份水稻種質資源重測序的結果，確定了各聚合系中存在的結構變異數(shù)及其與耐旱QTL間的關系，探討了聚合系中各類結構變異及其攜帶的新基因對干旱作用機制的影響。
　　一）干旱脅迫下各聚合系產(chǎn)量均顯著高于IR64，正常灌溉條件下，除 GG1外，其它三個基因型組內聚合系產(chǎn)量均低于IR64或與之持平；基因型組內各聚合系抗旱表型基本接近，不同基因型組聚合系之間具有各自不同特點，如GG1

4、在嚴重干旱脅迫下的產(chǎn)量高于輕微脅迫下，推測存在更有效抗旱機制。
　　二）聚合系中5個抗旱選擇關聯(lián)組，AG1和 AG2位于調控網(wǎng)絡上游，在所有聚合系中均存在，多為 DNA結合蛋白，參與應激響應，轉錄調節(jié)等過程，顯著富集在內質網(wǎng)蛋白過程，植物病原菌互作和硫胺素合成等通路上，主要包括熱激蛋白家族基因，類鈣調蛋白基因等；主要在GG1中存在的AG3，AG5相互協(xié)同表達，與光合作用、ABA途徑、JA/生長素、分裂素和絲氨酸/蘇氨酸磷酸化途徑、

5、脂肪酸合成、硫胺素合成等通路相關。主要在GG2和GG3中存在的AG4主要為熱激蛋白，剪接體，谷胱甘肽轉移酶等。
　　三）內質網(wǎng)蛋白相關通路（osa04141）在所有導入系中均顯著表達?？刂浦参锷镧姷耐罚╫sa04712）在 GG1特異表達，推測與縮短抽穗期和開花時間有關。丙酸合成通路（osa00940）在 GG1和 GG3特異表達，該通路中包含木質素合成的重要單元，推測為干旱脅迫下控制株高的因素之一。
　　四）基因共表達

6、分析統(tǒng)計出多個功能類似基因模塊，并篩選出與表型高相關性的模塊中的核心基因，其中與結果與差異基因分析相互吻合。
　　五）聚合系及供體親本中與 IR64比對后獲得大量結構變異（SV），以缺失和易位為主，倒位和重復較少但是片段長度很大。在供體親本和導入系中出現(xiàn)的 SV主要涉及多種抗性蛋白家族，結合蛋白，轉錄因子等；在導入系特異存在的 SV主要涉及凝集素，萌發(fā)素，細胞色素，蛋白激酶等。受 SV影響的多數(shù)未知基因在高粱、玉米和小麥等中高度同

7、源并保守，推測與同源基因結構變異基因起源于祖先物種并在新物種進化時發(fā)生復制有關。
　　六）聚合系和IR64進行泛基因分析，預測出近1萬個新基因，其中導入系中特異存在的新基因明顯多于 IR64，以種質資源中的核心基因和秈稻組高頻基因為主。GG3中新基因最多，GG2最少。在聚合系中特異表達的日本晴基因和新基因是各基因組抗旱性及產(chǎn)量差異的主要來源，有待于進一步大規(guī)模的功能驗證。
　　七）在R語言環(huán)境下，自行構建org.Osativ