煙草響應低鉀脅迫的基因表達譜分析.pdf

1、煙草鉀素與其品質密切相關，可以提高煙草外觀質量、使煙葉富有彈性和身份適中、改善燃燒性，協(xié)調化學成分等。同時煙草作為一類喜鉀經(jīng)濟作物與土壤中可利用鉀含量較低的現(xiàn)狀存在著矛盾。因此，探索煙草低鉀響應相關基因的表達，對煙草低鉀分子響應機制進行基礎研究，為煙草育種工作提供基因資源，是目前亟待進行的工作。本研究通過培養(yǎng)基培育K326煙草幼苗，對其進行了0h（對照）、6h、12h、24h的低鉀逆境脅迫處理，從轉錄組水平出發(fā)，使用基因芯片技術對煙草低

2、鉀響應基因進行了分析檢測和研究，采用了時間序列表達趨勢分析、Heat map熱點聚類分析、Pathway代謝途徑分析、GO功能分類等生物信息學方法進行數(shù)據(jù)挖掘。研究結果如下:
　　1、本研究以0h作為參照，進行了三組不同時間點基因表達量的對比分析，統(tǒng)計顯著差異表達(p value≤0.05)，且表達倍數(shù)大于2倍的差異表達基因數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)，總共變化非冗余差異表達基因信息3790個，其中最初時間點6h差異表達基因數(shù)量最多，響應最為明

3、顯，基因數(shù)量為2277個，上調1270個，下調1007個;12h變化基因數(shù)量為1954個，上調1159個，下調795個;24h變化基因數(shù)量為1835個，上調1023個，下調812個。三個處理均差異表達的上調基因有300個，下調基因有257個，該557個基因共涉及到八個時間序列表達趨勢。
　　2、煙草低鉀脅迫Pathway代謝途徑顯著性分析表明(p value≤0.05)，各處理上下調基因單獨注釋后，顯著性富集到的代謝通路有49條，

4、包括氮代謝、類胡蘿卜素代謝、光合作用天線蛋白、光合作用碳固定、淀粉和糖代謝、糖酵解/糖異生、磷酸戊糖途徑等與煙草產(chǎn)量和品質形成相關的重要途徑。
　　3、GO功能分類顯著性分析表明(p value≤0.05)，煙草低鉀脅迫下，顯著性富集到18個GO二級分類，包括抗氧化活性、結構分子活性、電子載體活性、應激反應、運輸活性、免疫系統(tǒng)、定位、死亡、解剖結構形成、酶調活性、發(fā)育過程、多細胞生物過程、催化活性、生物調節(jié)、代謝過程、細胞過程、轉

5、錄因子活性、結合。
　　4、本研究中，我們找到了五個鉀轉運運輸基因，分別有KUP3、KUP6、KUP11、AtCHX13、SKOR?？缒み\輸活性中找到130個DEGs，與礦質離子相關的有AMT、NRT、ACA、CAX、CNGC、ECA、PHT、SULTR、MGT等;響應非生物刺激中找到ERF、HSF、GATA等417個DEGs;轉錄因子活性中找到201個DEGs，有MYB、WRKY、bZIP、NAC等;氮代謝中找到152個DEGs

6、，包含硝酸鹽同化基因GAD、GSR、GDH、NIA等;細胞壁結構中找到14個DEGs，包括結構蛋白基因EXT、LRX、EXP;生物合成中找到704個DEGs，包含光合色素合成基因PSY、AT5G17230、LYC、BETA-OHASE等;糖代謝中找到66個DEGs，有AtSPS、PHS、UGP、HKL、PGM、PFK、ALDH、AT5G56350、G6PD等;信號傳導中找到67個DEGs，包括YUC、SAM、IPT、CAM、CBL、AN

7、NAT、CBL等;呼吸爆發(fā)中找到18個DEGs，其中大部分為乙烯響應因子ERF;衰老中找到25個DEGs，有ATG、CPR5、SAG等;光合作用中找到25個DEGs，有LHCB、CAB、LHCA、AtNADP-ME、AT5G38420、AtPPC等。
　　5、煙草低鉀脅迫引起了廣泛的分子水平變化，包括與煙草品質形成息息相關的代謝途徑和功能分類，并富集到大量參與其中的差異表達基因，對以上基因功能進行的分析，在煙草低鉀脅迫分子響應機制