玉米籽粒基因表達異方差性的遺傳機理研究

《玉米籽粒基因表達異方差性的遺傳機理研究》是依託濟南大學，由李慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：玉米籽粒基因表達異方差性的遺傳機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李慧
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

玉米籽粒中累積了大量的儲存物質包括澱粉、油份和蛋白，因此研究玉米籽粒中重要組成成分的合成和累積遺傳調控機理對於增加玉米產量、提高籽粒品質具有重要意義和套用前景。基因平均表達量差異和表達異方差性是基因調控網路的兩個重要產物。而探索基因表達異方差性的遺傳機理對於鑑定關鍵的穩定性生物分子、玉米育種中表型一致性的選擇具有十分重要的指示作用。本課題在前期獲得的玉米籽粒基因表達量的數據基礎上，採用雙重廣義線性模型，尋找368份玉米自交系的籽粒中控制基因表達異方差性的evQTL，根據evQTL 與eQTL位點的相互關係分析，進一步篩選出同時調控基因表達量和表達方差的共享位點，分析其對evQTL和eQTL目標基因的調控情況，並結合相關的功能研究闡述其在表達變化調控網路中的作用，為玉米籽粒發育與物質合成累積的表達調控研究提供新的思路和方向，最終為玉米籽粒產量和品質性狀的選擇育種提供理論依據。

結題摘要

研究玉米籽粒中重要組成成分合成和累積的遺傳機理及調控機制對於提高作物營養品質性狀具有重要意義和套用前景。基因表達量受到基因組、轉錄組和轉錄後三個水平的多重調控，營養物質的累積是基因調控網路中各種生物學過程的最終產物。在遺傳機理和轉錄調控網路的研究中，我們發現大多數的基因表達量與數量性狀的表型變異不相關，並且多數功能相近基因的表達模式也不相關。本項目採用酵母和人類中發展出來的新方法，動態關聯分析，進一步鑑定玉米籽粒中基因調控的複雜模式。 採用動態關聯（Liquid association, LA）分析方法對368份玉米自交系中的28,769個基因進行基因對動態共表達模式的分析。我們重點關注LA值最高的1000對基因表達模式動態關聯的基因對（liquid association pairs，LAPs），有686個LAPs只在控制調控基因表達量的前提下，其表達模式相關。根據LAPs的相關性方向對這1000個調控基因進行分類發現，有830個調控基因正向調控LAPs，215個調控基因負向調控LAPs。對類胡蘿蔔素代謝途徑中的β-胡蘿蔔素合成分支中的關鍵基因lcyE ，CYP97A ，ZEP1和VDE進行基因表達量動態關聯分析，進一步闡述了該合成途徑中基因間的調控關係，從而證明了這些基因在調控底物進出方向中起到重要作用，並鑑定了關鍵的調控基因。對先前GWAS研究中找到的26個油脂關聯基因進行基因表達量與油份含量的動態互作分析，挖掘其互作模式，共檢測到580個調控基因調控油脂關聯基因與油份含量的動態相關。對這580個調控基因進行功能注釋，發現5%的基因參與油脂代謝途徑。 通過重點分析玉米籽粒中兩大重要營養物質，類胡蘿蔔素和油脂代謝途徑，充分證實了LA分析是挖掘基因調控網路的有效方法。這種方法為我們加深理解玉米籽粒中基因的生物學功能提供了新的視角，也為我們的玉米分子育種提供理論依據。