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?；虮磉_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