溫、熱帶玉米特異轉座子的驗證及功能初探.pdf

1、玉米作為全球三大糧食作物之一，在糧食、工業(yè)、醫(yī)學等領域都發(fā)揮著不可替代的作用。玉米也是遺傳和進化研究的理想模式植物之一。20世紀40年代，麥克林托克首次在玉米中發(fā)現(xiàn)轉座子，隨后轉座子的神秘面紗便一步一步被揭開。轉座子在玉米基因組中扮演了至關重要的作用，玉米基因組85％以上序列由轉座子序列組成，同時轉座子發(fā)生轉座也會對玉米各項生理活動產(chǎn)生影響。
　　根據(jù)前期對溫、熱帶玉米自交系基因組轉座子掃描與分布特征等的研究結果，本實驗選擇溫、熱

2、帶玉米中特異轉座子位點進行PCR驗證。驗證群體由458份玉米自交系、105份地方品種以及75份大芻草構成。同時，利用部分玉米自交系的農(nóng)藝性狀及籽粒轉錄組數(shù)據(jù)，進行轉座子插入位點的關聯(lián)分析，以揭示轉座子插入對農(nóng)藝性狀、基因表達的影響。為進一步研究轉座子插入是否會影響環(huán)境脅迫下鄰近基因的表達，結合關聯(lián)分析結果，比較脅迫條件下發(fā)生轉座子插入和未發(fā)生轉座子插入玉米自交系中轉座子鄰近基因的FPKM值(Reads Per Kilo base of

3、exon model per Millionmapped reads)的變化。主要研究結果如下:
　　1、溫、熱帶玉米自交系中轉座子插入頻率的PCR驗證。選擇基因組中預測的2個轉座子(DTM-4-225713639和DTM-2-4101264)，在458份玉米自交系、105份地方品種以及75份大芻草進行PCR驗證。其中80份玉米自交系與前期基因組轉座子預測的材料相同，DTM-4-225713639和DTM-2-4101264轉座子

4、在80份溫、熱帶玉米自交系中的插入頻率分別為0.559、0.152和0.250、0.800。同時，在458份玉米自交系中進一步驗證轉座子插入頻率，DTM-4-225713639和DTM-2-4101264轉座子在溫、熱帶玉米自交系中的插入頻率分別為0.423、0.180和0.412、0.685。電泳帶型統(tǒng)計顯示溫、熱帶玉米自交系中存在兩種不同的差異條帶，說明了兩個轉座子插入位點不僅真實存在溫、熱帶玉米自交系，且插入頻率與基因組中預測的插

5、入頻率基本吻合。此外，在105份地方品種和75份大芻草中檢測到這2個轉座子的插入頻率存在差異，在地方品種中的插入頻率分別為0.248和0.883，這與玉米自交系中的插入頻率較接近，在大芻草中的插入頻率僅為0.029和0.081，說明了轉座子跟玉米馴化有重要的關聯(lián)。
　　2、轉座子插入與農(nóng)藝性狀、基因表達量的關聯(lián)分析。利用Tassel3.0軟件中的一般線性模型模型，在關聯(lián)群體中對DTM-4-225713639轉座子的插入與27個農(nóng)藝

6、性狀和28850個基因表達數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析。結果表明，DTM-4-225713639轉座子插入與玉米的吐絲期、抽雄期、雄穗主軸長、雄穗分支數(shù)、穗位葉長、穗行數(shù)、粒寬、散粉期、穗直徑等9個農(nóng)藝性狀以及21個基因表達量顯著關聯(lián)(P＜1/28850);特別是DTM-4-225713639轉座子與其上游25kb處的鄰近基因GRMZM2G018707顯著關聯(lián)。該基因在發(fā)生轉座子插入的玉米自交系中的FPKM平均值為0.8981，在未發(fā)生轉座子插入的

7、玉米自交系中的FPKM平均值為1.3306。基因表達量分析結果顯示DTM-4-225713639轉座子插入顯著抑制了GRMZM2G018707基因的表達。
　　3、脅迫條件下轉座子插入影響鄰近基因表達。在四種脅迫條件下，分析鄰近基因GRMZM2G018707和GRMZM2G018673的表達。在低溫脅迫、高溫脅迫、鹽脅迫和UV脅迫條件下，發(fā)生轉座子插入和未發(fā)生轉座子插入的玉米自交系中2個基因的表達量均發(fā)生了不同程度的變化，表明植物

8、應答脅迫時轉座子插入對臨近基因的表達產(chǎn)生了一定的影響作用。鄰近基因的氨基酸序列比對和啟動子結合元件分析，以預測鄰近基因的功能。結果表明，GRMZM2G018707和GRMZM2G018673基因啟動子上存在多個與光周期、低溫和干旱等非生物脅迫相關結合元件。同時，GRMZM2G018673基因啟動子內(nèi)部插入的轉座子序列上存在光周期結合元件和脅迫相關元件G-Box，推測轉座子插入對玉米響應光周期的基因表達以及環(huán)境脅迫下鄰近基因GRMZM2G