玉米矮稈材料Dwarf11(D11)細胞生理學和轉錄組學的研究.pdf

1、株高是重要的農(nóng)藝性狀之一，影響到植株抗倒性、光合效能與收獲指數(shù)。矮稈性狀的研究不僅有助于豐富株高調(diào)控的理論基礎，也能為株型改良等育種工作提供科學依據(jù)與實踐素材。本研究對玉米顯性矮稈材料Dwarf11(D11)的細胞學、生理學特征進行了解析，重點研究了矮稈基因D11的表達調(diào)控。研究所得結果有助于矮稈基因D11調(diào)控網(wǎng)絡的解析，也能為后續(xù)D11基因的克隆與作用機理的研究奠定基礎。主要結果如下:
　　1、玉米矮稈材料D11是自發(fā)突變，表現(xiàn)

2、為節(jié)間縮短、株高降低。徒手切片、掃描電鏡觀察的結果表明:株高正常植株莖稈橫切面維管束多且分布規(guī)則，維管束附近的細胞分布規(guī)則、大小均勻。矮稈材料D11莖稈橫切面維管束少且分布散亂，細胞分布無序、大小不一。株高正常植株縱切面細胞排列整齊、規(guī)則。矮稈材料D11細胞相互擠壓、排列散亂。株高正常植株與矮稈材料D11在細胞面積上無顯著差異。在細胞長度上，株高正常植株與矮稈材料D11間存在極顯著差異。矮稈材料D11的矮稈性狀主要是由于細胞縱向伸長受到

3、抑制所導致。
　　2、用不同濃度赤霉素溶液處理株高正常植株和矮稈材料D11，矮稈材料D11的苗高、第二葉鞘長顯著增加，表明矮稈材料D11對赤霉素的施用敏感。已經(jīng)報道的玉米顯性矮稈材料D8和D9對赤霉素施用不敏感。矮稈材料D11的內(nèi)源赤霉素含量顯著低于株高正常植株，D11是屬于赤霉素缺陷型矮稈材料。
　　3、對矮稈材料D11中赤霉素通路基因的表達進行分析。結果表明，與株高正常植株相比，矮稈材料D11中編碼CPS酶、KS酶、KA

4、O酶基因的表達量顯著降低，編碼KO酶基因ZmKO2的表達量顯著降低，編碼GA20ox酶的4個基因的表達量顯著降低，編碼GA3ox酶的2個基因的表達量降低（未達顯著水平）。編碼GA2ox酶7個基因的表達量在矮稈材料D11中變化趨勢不盡相同。其中，4個基因表達量升高（未達顯著水平），3個基因表達量顯著降低。玉米矮稈材料D11中赤霉素信號通路負向調(diào)節(jié)基因d8和d9的表達未發(fā)生顯著變化。玉米矮稈材料D11中，赤霉素通路基因的表達存在著復雜的調(diào)控

5、機制。
　　4、鄭58核背景高世代回交群體(BC5)中的株高正常植株和株高矮化植株D11的幼莖進行轉錄組分析。結果表明，相對于株高正常植株，矮稈材料D11中共發(fā)掘到306個差異表達的基因，其中171個上調(diào)、135個下調(diào)。選擇51個差異表達的基因，進行qRT-PCR分析。轉錄組測序和qRT-PCR揭示的基因表達量之間的決定系數(shù)R2為0.60。差異表達的基因參與眾多生物學過程，包括細胞伸長、莖稈發(fā)育、激素代謝運輸、光合作用、糖代謝運輸

6、等。GO和Pathway富集分析的結果表明，差異表達基因顯著富集的通路之一是與糖代謝相關。
　　5、Mo17核背景高世代回交群體(BC5)中的株高正常植株和株高矮化植株D11的幼莖進行轉錄組分析。結果表明，相對于株高正常植株，矮稈材料D11中共發(fā)掘到2537個差異表達的基因，其中1120個上調(diào)、1417個下調(diào)。選擇60個差異表達的基因，進行qRT-PCR分析。轉錄組測序和qRT-PCR揭示的基因表達量之間的決定系數(shù)R2為0.72。

7、差異表達基因參與多個生物學過程，包括細胞擴增、微管發(fā)育、細胞壁結構、葉綠素合成和功能、激素代謝運輸?shù)?。GO和Pathway富集分析的結果表明，差異表達基因最顯著富集的通路是糖酵解。
　　6、發(fā)掘兩套不同核背景（鄭58和Mo17）共同鑒定的差異表達基因，對共同鑒定的差異表達基因進行共表達分析。結果表明，參與葡萄糖合成和代謝的磷酸葡萄球菌酶基因pgm2與海藻糖代謝所需海藻糖磷酸合酶蛋白基因功能性關聯(lián)。編碼糖酵解過程重要酶基因GAPC1