《基於RNA-seq技術的苜蓿根櫱性狀發生分子機制研究》是依託北京林業大學，由王鐵梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於RNA-seq技術的苜蓿根櫱性狀發生分子機制研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：王鐵梅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
苜蓿根櫱性狀是一種起源於黃花苜蓿的優異特性，根櫱型苜蓿具有抗寒、抗旱、耐牧的特點，是乾旱半乾旱草原區生態建設的優良類型。本研究針對國內外根櫱性狀發生分子調控機制研究的空白，在根櫱型苜蓿新品系選育的研究基礎上，採用相同遺傳背景的根櫱與非根櫱苜蓿無性係為試驗材料，通過根櫱性狀形態發生過程中內源激素動態研究，確定取樣的關鍵時期與組織部位，構建具有時空代表性的根櫱苜蓿轉錄組文庫，利用RNA-seq高通量測序技術對轉錄組進行測序，通過差異基因表達與功能顯著性富集（GO）分析，篩選出根櫱性狀發生的相關基因，明確其序列特徵分析與功能定位。通過本項目的實施，可闡明根櫱性狀發育過程與形態建成內在機制的科學問題，探明根櫱特性與抗逆性之間的內在關係，獲得根櫱性狀發生相關基因的序列特徵和功能定位，挖掘出優異功能基因資源，拓展根櫱苜蓿育種的技術手段。
結題摘要
苜蓿根櫱性狀是一種起源於黃花苜蓿的優異特性，根櫱型苜蓿具有抗寒、抗旱、耐牧的特點，是乾旱半乾旱草原區生態建設的優良類型。本研究針對國內外根櫱性狀發生分子調控機制研究的空白，試驗材料選用3年生“BL-101”根櫱型苜蓿新品系，於根糵性狀表達最明顯的返青期進行取樣。分別挖取5株表現出根櫱性狀植株的根櫱芽和根櫱節之間部分與未表現根櫱性狀的植株的水平根，進行混合取樣分別提取總RNA，利用磁珠法分離mRNA後通過PCR擴增構建RNA-Seq轉錄組文庫，利用RNA-seq高通量測序技術對轉錄組進行測序，通過差異基因表達與功能顯著性富集（GO）分析，得到差異表達基因15 978條，通過生物過程分類，篩選出與根系相關的基因為5個。其中2個基因為與根櫱性狀相關的表達上調基因，分別為（1）RAV基因，RAV基因是植物特有的一種轉錄因子，屬於AP2 /EREBP基因家族中的亞族。其生物學功能主要與植物調控組織的發育以及耐脅迫性相關；（2）鐵轉運蛋白受體的AMP1基因，該基因在擬南芥中改變植物分生組織程式的基因。與根櫱芽分生組織形成有關。差異表達上調的基因分別為：（1）Snaking-1基因，該屬於GASA基因家族，GASA基因家族的大部分成員受赤黴素調控；（2）Trx—硫氧還蛋白基因；（3）Phi_1基因，即磷酸誘導基因，有研究表明其過量表達對轉Phi_1基因擬南芥的初生根和下胚軸伸長有促進作用。表達下調與根系發生相關的基因5個，經生物學信息分析確定其中2個屬於Lon蛋白酶家族，其餘分別屬於植物肌動蛋白酶家族、硫氧還蛋白和脂氧合酶。研究探明了苜蓿根櫱性狀發生過程的分子機制。苜蓿根櫱性狀的發生首先依靠信號轉導的激素回響蛋白基因、鈣信號回響蛋白基因及蛋白激酶基因，與根系生長發育相關的表達基因則主要是赤黴素回響蛋白類基因和泛素連線酶類基因。AP2/EREBP轉錄因子與根櫱性狀的發生相關，RAV基因很可能參與根櫱性狀的發生，並且受赤黴素GA3的誘導與其他蛋白相結合控制根櫱性狀的表達。此外，研究還揭示了根櫱特性與抗逆性狀相關的分子機制：其中差異表達上調基因AP2/ERE其與植物抗逆性相關，DEAD-box基因、PRK基因和泛素蛋白連線酶，以及下調基因肌動蛋白酶家族，硫氧還蛋白和脂氧合酶，均與植物抗逆性相關。
